基于FDEM的岩石颗粒破碎后碎片形状的统计分析

作者：周剑; 马刚^*; 周伟; 程勇刚; 黄泉水; 曹学兴

来源：浙江大学学报(工学版), 2021, 55(02): 348-357.

• 岩石颗粒
• 单颗粒破碎
• 连续-离散耦合方法(FDEM)
• 内聚力模型
• 形状指标

针对碎片尺寸和形状会影响岩石强度和变形的问题,采用三维扫描技术获得真实岩石颗粒的表面点云数据,然后通过数字图像处理技术重构数字颗粒,利用连续-离散耦合方法(FDEM)模拟单个颗粒在平板压缩下的断裂破碎.识别颗粒破碎后所产生的碎片,并进行碎片形状的表征和量化,分析碎片形状与颗粒初始形状、碎片尺寸的关系.为了准确描述裂纹尖端的应力梯度和损伤演化,进行颗粒有限元网格密度的敏感性分析,结果表明,断裂过程区至少需要5、6个界面单元以减弱网格尺寸的影响.本研究关注颗粒破碎后所产生碎片的整体形态,忽略断裂引起的碎片表面局部起伏和粗糙变化.尽管所研究颗粒的初始形状存在较大差异,仍发现颗粒破碎后所产生碎片的形状指标分布具有一些共性特征.碎片的圆度、扁平率、Domokos因子和凸度对颗粒初始形状的敏感性逐渐增强,并且除了圆度外,其他形状指标分布与碎片尺寸之间并未发现显著的相关性.不同粒径组碎片的圆度分布表明,较大的碎片棱角更明显.

• 单位
  水资源与水电工程科学国家重点实验室; 武汉大学; 华能澜沧江水电股份有限公司