The particle breakage of granular materials under compression is a phenomenon of great importance. In this paper, a micromechanically based model for the compression of crushable granular materials is developed in the framework of thermomechanics. Both the internal and dissipative energies in the model are derived using the micro–macro volume averaging approach to ensure that all parameters involved have concrete physical meanings. The particle breakage is quantified by the change of the maximum particle size, the size polydispersity and the fractal dimension of the gradation. Compared to other breakage models, there is a major difference that highlights the novelty of the proposed model: neither the ultimate particle size distribution, nor the evolution path of the gradation is predefined in the model. The initiation, evolution and the attenuation of the breakage can be determined by the maximum dissipation principle using thermomechanics and micromechanics. Finally, it is demonstrated that the proposed model can predict the stress dependence of the elastic bulk modulus, the size dependence of the yielding stress and the elastic–plastic-pseudoelastic phase transition of granular materials.
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粗粒料在外力作用下存在明显的颗粒破碎特性,研究颗粒破碎过程是当前研究的热点问题之一。基于粗粒料单颗粒破碎机制,考虑单颗粒破碎强度与直径的变化规律,采用非线性接触H-Z模型和密度控制法建立了粗粒料颗粒破碎数值模型。开展粗粒料双轴剪切试验数值模拟研究,并与室内试验结果进行对比分析。研究表明：建立的粗粒料颗粒破碎数值模型能够较好地模拟粗粒料偏应力与轴向应变和体积应变与轴向应变的关系;数值模拟获得的粗粒料颗粒破碎率与室内试验结果基本一致;去除试样制备过程和固结过程引起的颗粒破碎,不同围压条件下的颗粒破碎率归一化后基本重合,且可以近似地采用双曲线函数进行拟合。颗粒破碎率随着围压的增大,逐渐增大,试验级配趋于Einav提出的颗粒破碎的最终级配（分维数等于2.6） 相似文献
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粗粒土压实特性及颗粒破碎分形特征试验研究 总被引：3，自引：0，他引：3
对多个级配不同含水率的粗粒土进行击实试验,研究粗粒土的压实特性和颗粒破碎分形特征。结果表明,粗粒土最大干密度随级配中粗粒含量的增大而增大,当粗粒含量P5=70%时,最大干密度出现最大值;当P5＞70%时,最大干密度又随粗粒含量的增大而减小,粗粒土击实破碎后的粒径分布具有良好的分形特性,破碎分形维数为2.279 0～2.892 2,均大于击实前粗粒土粒度分形维数;相同级配条件下,粗粒土破碎分形维数随含水率的增大而增大,且粗粒含量P5＞50%时,增幅显著;粗粒土破碎分形维数D与破碎率Bg存在良好的线性关系,且击实前后粗粒土粒度分形维数差值能客观表征颗粒破碎的程度;粗粒含量和含水率是影响颗粒破碎率的两个重要因素,但相对于含水率而言,粗粒含量对破碎率的影响更加显著。 相似文献
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高土石坝中，堆石体颗粒破碎是导致坝体变形的主要因素之一。但是由于原型坝料的颗粒尺寸较大，其破碎程度难以直接通过室内试验度量，因此通常要将原型级配缩尺为60 mm以下的小粒径级配堆石料，然后才能进行室内试验。而由于原型和试验级配差异较大，导致试验测得的参数往往和原型坝料实际参数有较大差异，因而影响了原型坝料力学特性的深入研究。这里提出了一种新的实时预测原型坝料破碎的方法。首先在颗粒尺度上，基于单粒强度的Weibull分布理论和颗粒分形破碎理论，阐述了原型堆石料级配演化的推求过程；然后通过单粒强度试验测得了相关参数，并与三轴试验测得的试样级配曲线对比，验证了参数选取的合理性；之后分析了颗粒强度离散程度对于原型坝料级配曲线形状的影响；最后，讨论了加载过程中原型级配和试验级配堆石体的相对破碎参量和受力状态的关系。 相似文献
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对某级配粗粒料，采用剔除法、等量替代法、相似级配法和混合法等4种不同缩尺方法，依据规范要求进行缩尺。缩尺后替代级配料的最大颗粒粒径分别为20、40、60 mm。对各替代级配料采用振动台法进行了最大干密度试验，基于试验成果，结合分形理论，提出了一种将最大干密度与级配及细粒含量之间关系归一化的方法，并拟合了最大干密度与试验前级配的分形维数、小于5 mm颗粒的含量及最大粒径之间的关系，据此可推求出原型级配料的最大干密度，探讨了缩尺方法对替代料试验前后粒径分布曲线变化幅度的影响，总结出颗粒破碎分形维数与试验前级配的分形维数、小于5 mm颗粒含量及最大粒径之间的关系式，据此可推求出填筑后原型级配料的颗粒破碎分形维数。 相似文献
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粗粒土的破碎耗能计算及影响因素 总被引：2，自引：1，他引：1
粗粒土的颗粒破碎直接改变了土体本身结构,对粗粒土的剪胀和内摩擦角都会产生影响。在土体剪切过程中,体积应力和剪切应力在体积应变和剪切应变上做功,这部分能量在剪切过程中转化为颗粒的弹性储能、颗粒间的摩擦耗能、颗粒剪胀时对外做功和颗粒破碎耗能4部分。准确计算剪切过程中粗粒土破碎耗能的目的是：从能量角度分析颗粒破碎对土体本构关系的影响,为建立考虑颗粒破碎的粗粒土本构关系创造条件。通过分析粗粒土的常规三轴试验数据,计算得到了剪切过程中的粗粒土破碎耗能。计算结果表明,常规三轴试验条件下粗粒土破碎耗能主要受固结应力、土体摩擦系数M等因素的影响。 相似文献
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在外荷载等因素作用下，粗粒土易发生颗粒破碎。对泥岩和砂岩颗粒进行了一系列的单颗粒破碎试验，基于尺寸效应和颗粒破碎分形模型，研究了单颗粒破碎强度、破碎能量及Weibull模量等与分形维数间的关系。利用PFC3D对单颗粒破碎过程进行分析，并与试验数据对比，验证了数值程序的可靠性；随后扩展到大颗粒粒径，分析了其单破碎强度及破碎能量。结果表明：在同类试验条件下，不同材料所得的分形维数是不同的；不同粒径砂岩的破碎程度均大于泥岩；单颗粒破碎强度具有明显的尺寸效应；单颗粒破碎强度与破碎能量均可通过分形维数与颗粒粒径预测得出；修正后的Weibull模量也可通过分形维数得出；数值模拟结果与试验结果及预测结果基本一致；大颗粒粒径单颗粒破碎强度模拟结果与预测结果基本一致，破碎能量稍有差异，需进一步试验验证。研究成果可为获取大粒径粗粒土的单颗粒强度与变形特性提供参考。 相似文献
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固体颗粒破碎后的粒径分布符合分形模型,颗粒破碎程度采用粒径分布的分维表示。本文采用垃圾炉渣的颗粒破碎试验,统计计算炉渣颗粒破碎的分维。收集总结了岩石颗粒破碎分维随破碎应力和破碎能量的变化规律,颗粒破碎的分维是变化的,随着破碎应力和破碎能量增加而增加,颗粒完全破碎后的粒径分布的分维趋于定值,为2.6左右。将颗粒破碎过程中变化的分维称为颗粒破碎的“似分维”,简称分维;分维的极限值称为“真分维”。结合颗粒破碎概率的Weibull统计理论,建立了颗粒破碎“似分维”与破碎应力和破碎能量的相关关系。 相似文献
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The characteristics of particle breakage and shear strength of soil-rock aggregate with six rock contents under six normal pressures were studied from macro and mecro perspectives by large-scale direct shear test, particle observation test and particle sieving test. The relationship between macroscopic shear strength properties and mecroscopic particle breakage characteristics was established, thus further revealing the influence mechanism of rock content and particle breakage on the shear strength characteristics of soil-rock aggregate. The results showed that particle breakage mainly occurred near the shear plane. The breakage morphology can be divided into surface grinding, local fracture, complete fracture and complete breakage, resulting from the stress concentration caused by uneven contact forces between particles. Due to particle breakage, the content of fine particles increased, coarse grains decreased, and intermediate grains fluctuated. The relative particle breakage Br increased with the increase of normal pressure ?n or rock content P5, which accorded with the function of two variables. With the increase of normal pressure ?n, the shear strength τ increased nonlinearly and met the modified M-C strength criterion. When the rock content P5 increased, the cohesive force c0 of soil-rock aggregate decreased, the internal friction angle ?0 of soil-rock aggregate increased, and the non-linear parameter Δ? increased. Particle breakage was the direct cause of non-linear strength characteristics of soil-rock aggregate. 相似文献
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级配是粗颗粒材料最基本特征,根据大量试验结果和长期积累的试验经验,总结出了试验级配缩制的具体原则,并基于粗颗粒材料中小于等于5 mm粒径含量变化,分析了级配优劣对其充填关系的影响,级配越优,粗颗粒材料的充填关系越好,粗颗粒材料能达到较大的干密度,反之则越差,粗颗粒材料也难以获得较大的干密度。级配的优劣对堆石料动力特性的影响在低围压状态下并不明显,随着围压的升高,级配优的堆石料动力特性指标明显变优;砂砾料由于颗粒浑圆度较好,级配的优劣对其动力特性的影响逐渐减弱。针对上述级配对粗颗粒材料动力特性的影响规律,对于高土石坝来说有必要采用级配优的粗颗粒材料作为坝体的填筑料,通过其在高应力条件下力学性能的优势来控制坝体整体变形和提高其抗震性能。 相似文献
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利用Wille Geotechnik环向剪切仪对3种不同粒径的珊瑚砂进行了大剪切位移的环向剪切试验,探讨了颗粒破碎对珊瑚砂强度和残余应变发展的影响。试验结果表明：颗粒破碎随着剪切位移的增加逐渐增加,且初始粒径较大的均匀级配珊瑚砂粒径越大颗粒破碎越多。颗粒破碎对峰值强度和残余强度无影响,但对珊瑚砂的体积应变有显著影响,颗粒破碎较多的试样其体积应变也较大。建立了考虑长宽比、球形度和凹凸度的分形维数计算公式。由于颗粒破碎后颗粒形状在全粒径范围内的自相似性和无尺度性,考虑颗粒形状与不考虑颗粒形状的公式计算得到的珊瑚砂分形维数基本一致。 相似文献
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