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粒径大小对颗粒堆积体Burgers模型蠕变参数相似试验研究

马志奇 杨小彬 刘腾辉 李志辉

马志奇, 杨小彬, 刘腾辉, 李志辉. 粒径大小对颗粒堆积体Burgers模型蠕变参数相似试验研究[J]. 矿业科学学报, 2022, 7(6): 730-737. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.06.010
引用本文: 马志奇, 杨小彬, 刘腾辉, 李志辉. 粒径大小对颗粒堆积体Burgers模型蠕变参数相似试验研究[J]. 矿业科学学报, 2022, 7(6): 730-737. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.06.010
Ma Zhiqi, Yang Xiaobin, Liu Tenghui, Li Zhihui. Similar experimental study on the effect of particle size on the creep parameters of Burgers model of granular accumulation[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2022, 7(6): 730-737. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.06.010
Citation: Ma Zhiqi, Yang Xiaobin, Liu Tenghui, Li Zhihui. Similar experimental study on the effect of particle size on the creep parameters of Burgers model of granular accumulation[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2022, 7(6): 730-737. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.06.010

粒径大小对颗粒堆积体Burgers模型蠕变参数相似试验研究

doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.06.010
基金项目: 

国家自然科学基金 51274207

详细信息
    作者简介:

    马志奇(1993—),男,河南焦作人,博士研究生,主要从事岩土工程等方面的研究工作。Tel:13027659801,E-mail:zqma01@126.com

    通讯作者:

    杨小彬(1976—),男,重庆人,教授,博士生导师,主要从事矿山动力灾害防治、数值模拟等方面的研究工作。E-mail:yangxioabin02@126.com

  • 中图分类号: TU454

Similar experimental study on the effect of particle size on the creep parameters of Burgers model of granular accumulation

  • 摘要: 为研究砂土颗粒材料堆积体在沉降过程中的变形行为,采用分级加载的方式进行三轴压缩蠕变试验,获得3组不同粒径(0.6~0.8 mm、1.0~1.5 mm、2.0~2.5 mm)的玻璃微珠蠕变变形-时间曲线,选取四元件Burgers模型对试验曲线进行拟合分析,得到玻璃微珠蠕变特性表征参数,并建立离散元数值模型对burgers模型参数进行验证。研究结果表明:玻璃微珠在三轴压缩条件下的蠕变特性可采用Burgers模型进行描述,蠕变Burgers模型的4个参数EkEmηkηm与粒径和轴压均呈现负相关关系。将试验拟合得到的宏观Burgers模型参数转换为颗粒流程序中的微观Burgers模型参数,模拟结果与试验结果具有较高的吻合性,对比结果说明颗粒流Burgers模型适用于岩石颗粒蠕变试验的研究。
  • 图  1  玻璃微珠颗粒实物

    Figure  1.  Photograph of glass bead particles

    图  2  玻璃微珠装填实物

    Figure  2.  Photograph of glass bead loading

    图  3  玻璃微珠应变-时间曲线

    Figure  3.  Strain-time curves of glass bead

    图  4  陈氏法处理蠕变试验数据

    Figure  4.  Chen's method of processing creep test

    图  5  不同粒径的应变-时间曲线

    Figure  5.  Strain-stress curves of glass bead with different particle sizes

    图  6  Burgers模型结构示意图

    Figure  6.  Schematic diagram of the Burgers model

    图  7  不同粒径Burgers蠕变模型拟合曲线

    Figure  7.  Fitting curve of burgers creep model with different particle sizes

    图  8  不同粒径Burgers模型4参数在加载过程中变化曲线

    Figure  8.  Variation curves of four parameters of Burgers model with different particle sizes during loading

    图  9  二维离散元数值模型

    Figure  9.  Two dimensional discrete element numerical model

    图  10  Burgers蠕变接触模型

    Figure  10.  Burgers creep contact model

    图  11  3种粒径数值模拟曲线结果

    Figure  11.  umerical simulation curve results of three particle sizes

    表  1  Burgers蠕变模型参数统计

    Table  1.   Parameter statistics of burgers creep model

    粒径/
    mm
    轴压/
    MPa
    Ek/MPa Em/MPa ηk/MPa ηm/MPa R2
    0.6~0.8 1 1.96E3 1.012E4 1.942E4 4.384E6 0.975
    2 1.610E3 9.426E3 2.171E4 2.676E6 0.991
    3 1.309E3 6.839E3 1.609E4 2.063E6 0.991
    4 1.124E3 7.526E3 1.287E4 1.943E6 0.989
    5 8.259E2 3.954E3 7.015E3 1.593E6 0.982
    1.0~1.5 1 1.699E3 4.661E3 2.433E4 1.036E7 0.986
    2 1.441E3 7.814E3 2.145E4 2.646E6 0.988
    3 1.073E3 1.278E4 1.849E4 2.133E6 0.991
    4 6.230E2 2.572E4 8.269E3 1.121E6 0.976
    5 3.925E2 6.818E3 4.473E3 9.825E5 0.972
    2.0~2.5 1 1.018E3 7.743E3 2.185E4 2.883E6 0.983
    2 8.220E2 7.875E3 1.879E4 2.639E6 0.984
    3 4.898E2 4.273E3 7.561E3 2.485E6 0.991
    4 4.667E2 1.659E3 5.820E3 1.255E6 0.991
    5 2.226E2 1.062E3 2.546E3 1.012E6 0.983
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    表  4  不同粒径Burgers模型细观参数

    Table  4.   Meso parameters of Burgers model with different particle sizes

    Burgers模型细观参数 粒径/mm
    0.6~0.8 1.0~1.5 2.0~2.5
    法向参数 Kmn/(MPa·m) 2.768 8.523 2.390
    Cmn/(MPa·m·s) 1 115 1 228 2 277
    Kkn/(MPa·m) 0.459 0.491 0.501
    Ckn/(MPa·m·s) 4.911 5.591 5.729
    切向参数 Kms/(MPa·m) 1.107 3.409 0.956
    Cms/(MPa·m·s) 446.0 491.3 910.8
    Kks/(MPa·m) 0.184 0.196 0.200
    Cks/(MPa·m·s) 1.964 2.237 2.291
    摩擦系数fs 0.6 0.6 0.6
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    表  5  数值模拟与试验稳定蠕变阶段应变值对比

    Table  5.   omparison of strain values between single particle size simulation and test stable creep stage

    颗粒粒径/mm 试验应变值/% 模拟应变值/%
    0.6~0.8 0.975 0.900
    1.0~1.5 1.525 1.155
    2.0~2.5 2.646 2.029
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-04-06
  • 修回日期:  2022-06-01
  • 刊出日期:  2022-12-31

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