颗粒破碎对水合物沉积物基质宏-细观力学特性影响的离散元分析

作     者：徐爽 徐佳琳 许成顺 焦爽 Xu Shuang;Xu Jialin;Xu Chengshun;Jiao Shuang

作者机构：北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124 清华大学水利水电工程系北京100084 

出 版 物：《太阳能学报》 (Acta Energiae Solaris Sinica)

年 卷 期：2024年第45卷第6期

页      面：680-690页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金杰出青年基金(52225807) 

主　　题：天然气水合物 数值模拟 力学特性 砂土破碎 粒径膨胀法 

摘      要：基于“颗粒碎片替换法建立反映颗粒破碎行为的含水合物沉积物基质离散元模型,与不破碎模型开展对比三轴剪切试验,证明颗粒破碎对强度和剪胀特征具有重要影响。进而应用“粒径膨胀法提高模型对体应变和颗粒破碎程度的模拟效果,通过一系列低-高有效围压下的模拟三轴排水剪切试验,研究高应力范围及剪切过程中细观力学特征的演化。结果表明:随着有效围压逐渐增大,试样强度、刚度和平均法向接触力均增大,力链网络更加密集且由环状演变为以竖向为主,试样顶部与底部沿轴向运动的颗粒数量增加。颗粒破碎主要发生在剪切初期,力学配位数、平均法向接触力随剪切进行逐渐增大,剪切后期出现贯穿试样的强力链结构,颗粒运动逐渐从杂乱无章变为由顶、底两端向内,试样内部逐渐出现近似“X形的剪切带。