摘要：在已有的变粒径建模方法基础上,针对不同粒径区宏观弹性不一致和界面区大小颗粒互相渗入两个问题进行优化。通过在近场核心区域采用小粒径颗粒模拟真实土颗粒,远场边界区域逐级放大颗粒粒径,不同粒径之间采用相同密实度的混合粒径模拟,实现三维大尺度离散元模拟,以减少模拟颗粒数量提升运算速度。基于宏观弹性一致条件,建立静力条件下几何上等比例放大颗粒体系的颗粒材料参数尺度关系,并满足应力、应变和应变能一致性,通过三轴模拟验证了宏观弹性一致性。在变粒径交界处设置密实度与均一颗粒区一致的混合层有效防止大小颗粒互相渗入,变形特性与均一颗粒区趋于一致,并提出了两种粒径颗粒混合生成特定密实度的方法。最后,通过模拟静力触探试验(CPT),表明该方法的有效性。该方法可为三维离散元模拟工程大尺度问题提供新途径。

摘要：为深入研究土工格栅的加筋机理,基于前人的研究成果,阐述拉拔试验中影响土工格栅与筋土界面特性的因素,介绍土工格栅和土体离散元建模以及拉拔荷载下筋土相互作用的可视化和量化分析结果,并提出有待深入研究的方向。研究表明:在试验研究方面,研究人员多采用传统试验方法,从试验边界条件、土工合成材料类型、土料类型及参数、加载条件等方面较为系统地研究各因素对筋土相互作用的影响;随着测试技术的发展,新型试验仪器可有效弥补传统测试方法的不足,并实现筋土界面作用分析的可视化。此外,离散元数值模拟是试验研究的重要补充,大量模拟结果可从细观层面更为深入地阐述筋土界面的作用机理。

摘要：为提高车轮在沙土介质环境的通过性能,基于鸵鸟足趾结构形貌与运动方式,设计出一种仿生越沙步行轮。该步行轮通过轮脚中的定立柱和动滑块相互配合实现对轮下沙土的限流紧固功能,同时自适应带动轮刺机构进入附着牵引工作状态与离沙减扰非工作状态。采用多刚体动力学分析软件,预测了仿生越沙步行轮轮腿各部件之间的活动范围和干涉情况。采用离散元软件,分析了轮脚底面/沙土相互作用关系,验证了该仿生越沙步行轮具有良好的固沙限流、牵引附着性的特点。该研究为提高松软地面中步行机构的通过性能提供了参考。

摘要：为了提高车轮牵引性能,改善车辆在松散沙土介质环境的通过能力,该文以善于沙地奔跑的鸵鸟足部关键部位—足趾甲为仿生原型,通过仿生优化轮刺结构,设计出具有高牵引性能的仿生轮刺式沙地刚性轮,并以一种模拟月壤作为试验松散沙土介质材料,采用离散元软件PFC2D?的内置语言FISH和相关命令,建立了适用于非规则结构刚性轮的轮壤相互作用动态模拟系统,并获得试验验证。通过仿生轮刺式刚性轮与模拟月壤相互作用离散元模拟,并与矩形轮刺式刚性轮模拟结果对照,从轮下模拟月壤颗粒细观运动、接触力场、速度场以及车轮挂钩牵引力角度,验证了仿生轮刺式刚性轮具有优越的牵引性能,在车轮滑转率50%的稳定运行状态下,仿生轮刺式刚性轮的牵引性能可提高5.2%左右。该研究为提高刚性轮在松散沙土介质环境中的牵引性能提供了全新设计和研究手段。

摘要：为探索采动影响下的断层活化突水机理,开展断层破碎岩体剪切变形与渗透性演化试验研究。基于流固耦合原理设计一套破碎岩体压剪渗流试验系统,实现破碎岩体剪切变形与渗流的耦合过程,开展多因素影响下的破碎岩体剪切-渗流耦合试验,获得连续剪切过程中颗粒级配和初始孔隙率对孔隙率和渗透性参量的影响规律。结果表明,连续剪切条件下,破碎岩体的渗透率和孔隙率变化过程大致相同,可分为3个阶段:缓慢增长阶段,破碎岩石颗粒由散乱状态向有序的组织结构调整;加速增长阶段,破碎岩石颗粒剪切膨胀;增速放缓阶段,破碎岩体颗粒的剪切变形在围压的约束下达到动态平衡。试样Talbot指数越小或初始孔隙率越大,渗透率和孔隙率敏感性越强,渗透率和孔隙率越大;非Darcy流β因子的演化规律与渗透率的演化规律相反。结合数值模拟发现,剪切作用下破碎岩体剪切带内岩石颗粒的运移是剪胀现象发生的主要原因,破碎岩体剪胀过程中颗粒的力链由随机分布向特定方向转化,表现为局部孔隙和孔喉的膨胀,是孔隙率和渗透率增加的主要原因。研究成果可为深部煤矿突水灾害机理揭示与灾害防治提供参考。

摘要：我国西南高山峡谷地区,常发生高位岩质斜坡失稳,形成碎屑流,造成巨大人员伤亡与经济财产损失。目前存在着许多关于岩质滑坡的研究理论和物理模型,但这些理论与模型都忽略了岩体结构这一属性,然而对岩质滑坡而言,岩体的结构特征不仅控制着斜坡变形失稳模式,同样影响失稳后滑体碎屑化运动过程,甚至最终的危害范围。因此,文章使用离散元数值模拟方法,通过模拟不同结构面强度、结构面密度、结构面方向和岩块强度下岩质滑坡碎屑化运动过程,研究了不同源区岩体结构对岩质滑坡破碎特征、运动形式和运动距离的影响规律及影响机制。研究结果如下:(1)质心运动距离随结构面强度增大而增大,结构面抗拉强度提升10倍,质心运动距离增加3%;(2)结构面密度的增加使得块体破碎率随之增加,但运动距离和分布面积都呈下降趋势;(3)水平向结构面岩体的前缘运动距离和质心运动距离与其他方向结构面工况相比均降低10%左右,分布面积则缩减接近30%,破碎率最大;(4)随着岩块强度增加,破碎率降低,分布面积最终缩减40%,完整块体工况运动距离最终增大15%左右。结果有助于进一步理解岩质滑坡动力学过程,指导山区防灾减灾工作。

摘要：【目的】建立竹粉颗粒材料的离散元模型并标定其相关接触参数。【方法】基于毛竹Phyllostachys edulis粉末物理堆积角实验结果,采用离散元法(DEM)模拟仿真和实验设计(DOE)相结合的方法,通过Plackett-Burman (P-BD)实验、爬坡实验和响应面实验获得竹粉堆积角和仿真参数之间的二次多项式回归模型,以物理堆积角为目标值预测得到接触参数的最优组合。【结果】实测竹粉物理堆积角为49.29°;P-BD实验结果表明了竹粉-竹粉滚动摩擦系数、竹粉-竹粉恢复系数和竹粉-不锈钢板静摩擦系数对堆积角影响显著(P<0.05);响应面实验结果进一步证实了P-BD实验的结果,同时表明竹粉-竹粉滚动摩擦系数自身交互作用、竹粉-竹粉滚动摩擦系数和竹粉-竹粉恢复系数的交互作用对堆积角有显著影响(P<0.05);最优因素组合为竹粉-竹粉恢复系数0.44,竹粉-竹粉滚动摩擦系数0.22,竹粉-不锈钢板静摩擦系数0.45。【结论】本研究在41.20°~55.27°堆积角范围内建立的竹粉颗粒堆积角定量模拟标定与预测平台具有较高的可靠性,DEM标定方法可为后续建立评估生物质颗粒运动行为及其与设备相互作用的材料模型提供参考。

摘要：黄泥扁滑坡是一个小型中层土质滑坡,已出现滑移的迹象,急需对其进行支护治理,分析该滑坡的破坏机理、验证现有的支护结构是否满足滑坡的稳定性要求以及探索合理且有效的支护部位和支护形式具有十分重要的意义。基于MatDEM建立了黄泥扁滑坡在20年一遇洪水位下的三维模型,模拟了滑坡在无支护、挡土墙支护、挡土墙和抗滑桩共同支护3种情况下的变形,并根据位移场分析了不同支护方案的支护效果。模拟结果显示:①该滑坡在无支护的情况下处于不稳定状态;②在无支护的情况下,滑体从滨河路的坡脚处剪出,在有挡土墙支护的情况下,滑体从快速通道的坡脚处剪出,表明现有的挡土墙支护结构并不满足滑坡的稳定性需求,需要对快速通道的坡脚进行重点支护;③采用抗滑桩对快速通道的坡脚进行支护,并在抗滑桩之间加设挡土板,此方案不仅在很大程度上提高了滑坡的整体稳定性,而且有效地解决了部分土体从桩间滑落的问题。研究成果可以为后续的工程设计、施工等提供一定的参考,同时也验证了MatDEM在滑坡分析中的适用性。

摘要：恩施城市建设中盆地内红砂岩斜坡破坏较为严重,其中结构面控制的逆向红砂岩斜坡破坏现象普遍。以恩施市内凤凰山公园斜坡为典型实例,研究其变形破坏过程与机理。工程地质调查与室内岩体物理力学试验研究表明,该类红砂岩斜坡破坏的影响因素为斜坡地质结构构造、地层岩性与工程诱发因素。基于物理模型试验再现了该类斜坡失稳破坏的全过程,通过坡体位移监测、有机玻璃投影监测与宏观变形拍照记录分析了斜坡的变形破坏机理,并采用离散元法数值模拟对比验证了该类斜坡破坏机理。结果表明,该类斜坡的稳定性状态主要由结构面控制,在工程开挖的作用下,斜坡沿结构面必发生失稳破坏。鉴于此,工程建设中必需对该类斜坡进行合理的边坡设计,防止出现不同规模的失稳滑动现象。

摘要：碳质千枚岩中层理软弱结构面是确定其破坏形态的重要因素之一。基于不同层理倾角下的千枚岩三轴压缩试验,揭示了碳质千枚岩在压缩状态下的各向异性特征,在此基础上研究对含预制裂隙、不同含水状态下的圆盘试件进行巴西劈裂试验,利用离散元模拟与试验相结合的方式对试件的破坏过程进行数值再现。结果表明:千枚岩压缩强度随着层理角度的增加呈现先减后增的“U”形曲线,与单弱面理论相符;巴西劈裂试验中千枚岩抗拉强度随着层理角度增加呈“L”形曲线,水与层理共同作用下岩石抗拉强度劣化明显,不同层理倾角与预制裂隙的千枚岩巴西劈裂破坏模式分为5种,即沿层理方向剪切破坏(Ⅰ型)、沿层理方向拉伸破坏(Ⅱ型)、层理间拉伸破坏(Ⅲ型)、预制裂隙的拉伸破坏(Ⅳ型)、预制裂隙的剪切破坏(Ⅴ型);通过数值模拟再现预制裂隙试件的破坏路径,破坏始于预制裂隙尖端,发生层间的裂纹合并,在双裂隙条件下应力集中,产生裂隙间连接性裂纹。