颗粒棱度指标的改进及其对剪切特性的影响

颗粒的三维形态特征对颗粒材料的抗剪强度有着很大的影响,而现有的研究缺乏对不规则颗粒三维形态的定量评价指标。本文在对实体颗粒进行三维建模后,利用离散元软件PFC3d建立了三维直接剪切试验条件,通过对比室内试验结果完成了对模型的验证以及参数的选取。利用颗粒的转动张量矩阵来确定颗粒等效椭球体各个轴的长度及方向,基于该等效椭球体改进了三维棱度指数的计算公式,在此基础上分析了颗粒形状对于颗粒材料力学性质的影响。研究结果表明:剪应力随着剪切应变的增加不断增加,曲线呈现出非线性特征,有明显的极值,不同形状颗粒粒组的应力-应变曲线在形态上有很大的不同。随着颗粒棱度的增加,其抗剪强度和内摩擦角都明显增加,其关系可以用对数函数进行拟合。拟合后的关系式表明,抗剪强度及内摩擦角与颗粒棱度的自然对数呈线性关系,其中内摩擦角与颗粒棱度自然对数拟合直线的斜率为7. 621、截距为63. 653。