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基于PFC2D模擬的礦物粒徑非均質效應研究
韓振華; 張路青; 周劍 中國科學院地質與地球物理研究所; 中國科學院頁巖氣與地質工程重點實驗室; 北京100029; 中國科學院大學; 北京100049
關鍵詞：粒徑非均質性 尺寸效應 力學特性 顆粒組合 離散元
摘要：巖石作為礦物顆粒的集合體,礦物粒徑非均質性對其宏觀力學特性影響比較明顯。基于顆粒流程序PFC2D,通過設置不同種類粒徑組合及粒徑比來體現粒徑非均質性,研究了粒徑非均質性對巖石材料宏觀力學特性(彈性模量、峰值強度、泊松比)的影響。研究中設計了6種粒徑組合方案,粒徑種類數分別為:連續粒徑、10種、8種、5種、3種、2種,每種方案下設置5種平均粒徑及4種粒徑比,進行單軸壓縮試驗。結果表明,巖石內部存在顆粒尺寸效應和粒徑非均質效應,巖石彈性模量和峰值強度隨粒徑增大均呈減小的趨勢,隨粒徑非均質性的提高整體上也呈減小的趨勢,但局部變化階段受模型中細顆粒含量及數量的影響會呈增大的趨勢。粒徑對彈性模量的作用機制主要是通過影響模型孔隙率實現的。研究結果揭示了巖石宏觀特性的變化是模型內顆粒尺寸效應和粒徑非均質性效應共同作用的結果,為掌握礦物粒徑對巖石強度及變形特性的影響提供了一定依據。
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