掘削卵砾石地层颗粒离散元模拟中的细观参数取值讨论

卵砾石地层被掘削时，其主要破坏模式并非一般的宏观整体剪切破坏，而是刀具切入卵砾石间的缝隙，将卵砾石颗粒剥离出原始地层，该过程较为契合颗粒离散元的物理力学假设。为确定掘削工况下的颗粒材料最优细观参数，对不同的颗粒接触法向刚度、接触刚度比、粒间摩擦系数、颗粒形状、颗粒尺寸等的颗粒材料开展了截割三维仿真试验，并分析研究了不同细观参数对掘削效果的影响。计算结果显示:颗粒接触法向刚度、接触刚度比的多种细观参数组合可以对应同一个宏观弹性模量值，接触刚度比大的细观参数组合的抗掘削能力更大。颗粒形状、粒间摩擦系数的多种细观参数组合可以对应同一个内摩擦角值，形状复杂的颗粒材料具有更大的抗掘削能力。在宏观参数相同的情况下，平均粒径更大的颗粒材料抗掘削能力更大。因此，利用颗粒离散元模拟掘削卵砾石地层问题时，除需保证虚拟颗粒材料的宏观整体剪切破坏响应与真实材料基本一致外，还需根据材料的抗掘削能力进一步标定细观参数，以获得更贴近实际情况的模拟效果。文章提出的方法可以为其他颗粒离散元掘削工况数值模拟中的参数标定提供参照依据。