《顆粒接觸蠕變破損對堆石料巨觀流變行為的影響》是依託武漢大學，由徐遠傑擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：顆粒接觸蠕變破損對堆石料巨觀流變行為的影響
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：徐遠傑
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對堆石料中不同代表顆徑的非規則岩質顆粒，開展兩個典型顆粒接觸點局部變形、破損實驗，採用非接觸式的數碼成像及其高精度圖形辨識技術定量獲取顆粒接觸的全場變形和時間相關性數據；同時採用可定位聲發射系統捕捉顆粒接觸局部破損信息的時間相關性，研究顆粒壓縮、壓剪條件下顆粒的稜角-稜角、稜角-非光滑面接觸點附近的局部變形直至破損的全過程，獲取乾顆粒的破損強度及含水量對變形、破損的影響，建立相應的離散顆粒破損蠕變模型並發展其數值模擬方法，借鑑和發展均勻化方法和多尺度理論獲得表征元模型，並採用堆石料常規大三軸試驗數據實現修正或證實，繼而建立能夠反映顆粒材料蠕變行為的連續介質模型和兩尺度模型，構建相應的數值求解格式，探索堆石料在顆粒層次接觸蠕變破損機制對其巨觀層次流變行為影響的兩尺度研究途徑，為定量表征堆石料的複雜流變行為提供科學支撐。
結題摘要
本項目旨在探索顆粒接觸蠕變破損對堆石料巨觀流變行為的影響機制及其定量表達。所完成的工作包括三個方面： 在理論研究方面，加深了對堆石料巨觀流變發生機制的科學認知。堆石料中非規則顆粒接觸局部一般處在較高的應力水平，所開展的實驗證實：顆粒接觸蠕變破損必然會發生，從而明確了堆石料產生流變的機制。另一重要進展是探索堆石料縮尺效應的定量表達，將Cosserat理論引入了堆石料非線性瞬時變形和長期變形計算框架，利用內秉尺寸的調諧及其基於數值模擬獲得尺度率，可以克服堆石料室內縮尺顆粒的試驗參數與工程原型顆粒物性之間的差別。 在顆粒接觸實驗研究方面，以兩河口芯牆堆石壩的現場取樣灰岩顆粒為實驗樣本材料，基於試製的增量載入和恆力載入裝置，輔助DIC三維非接觸應變測量系統和聲發射測量系統等量測儀器，開展了非規則乾-濕灰岩顆粒在壓縮或者壓剪條件下的接觸變形、局部破損和顆粒破碎實驗，獲得了單顆粒等效破碎強度計算方法、兩顆粒接觸瞬時力—變形統計曲線、兩顆粒接觸時間相關變形的統計曲線、顆粒破碎力與顆粒表征粒徑的統計關係、非規則表面形貌分形維數受載前後演化量測、顆粒接觸蠕變破損對應力水平的相關性等重要進展。 在數值模擬方面，在有限元模擬中，基於Cosserat連續體理論，明確了內秉尺度的物理意義並建議了取值範圍，可用於克服堆石料室內試驗參數中的縮尺效應，更合理地表征堆石料離散物理性質，所預測的瞬時變形更吻合工程原型觀測數據；對於堆石料的巨觀流變，發展了一種能反映堆石料變形與壓力相關的粘彈塑性本構，模擬的蠕變能與室內常規大三軸實驗及工程原型觀測數據相一致。離散元模擬研究中，基於多尺度的表征元途徑，提出了一種表征顆粒粒徑分布的分形並在YADE中實現了具備顆粒分形屬性的2D/3D數值樣本生成算法，可以模擬和評價不同顆粒級配對堆石料變形與強度的影響；還提出了一種均勻化方法，使連續模型保留了顆粒物質中的顆粒骨架和孔隙微結構物性，為研究顆粒材料多尺度模擬開闢了新途徑。
