砂土介质中土压力盒的力学响应特性 被引量：13

1

作者 刘先珊 董存军 《土木建筑与环境工程》 CSCD 北大核心 2012年第4期12-18,共7页

砂土介质是典型的颗粒物质,介质的有效应力和变形都与骨架上的颗粒特性直接相关,而颗粒性状的改变进而影响着测试过程中土压力盒的力学响应。但宏观力学理论和连续介质方法无法准确解释介质颗粒间的力学行为,为了对实际工程进行更准确... 砂土介质是典型的颗粒物质,介质的有效应力和变形都与骨架上的颗粒特性直接相关,而颗粒性状的改变进而影响着测试过程中土压力盒的力学响应。但宏观力学理论和连续介质方法无法准确解释介质颗粒间的力学行为,为了对实际工程进行更准确的测试,基于细观分析方法研究了荷载作用下的砂土颗粒接触形成的力链网络,模拟了力传递过程,并分析了加卸载时的力-应变曲线和土压力盒力学响应与理想曲线的关系,验证了文章提出的砂土介质土压力盒力学响应数值模型。同时,基于建立的颗粒流数值模型研究加载模式、颗粒排列、颗粒间摩擦系数以及压力盒刚度等对压力盒测试的影响,其结果显示压力盒力学响应曲线具有明显的迟滞性和应变不可逆性,其监测值对上述因素很敏感。因此,研究力链结构及其演变规律为认识砂土介质的细观结构提供了科学的理论依据和新的研究手段,各因素对压力盒力学特性的影响研究对压力盒标定和获得更准确的土压力值具有重要的实践价值。 展开更多

关键词 土压力盒 细观分析方法 力链网络 力学响应 迟滞性

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深厚覆盖层侵蚀型管涌细观机理研究 被引量：3

2

作者 倪小东 寇恒绮 +1 位作者 史志鹏 王媛 《华中科技大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期134-141,共8页

为研究深厚覆盖层侵蚀型管涌的细观机理,基于DEM-CFD(离散元-计算流体力学)方法,构建了颗粒-孔隙尺度耦合分析模型,开展了不同水力梯度下深厚覆盖层侵蚀型管涌的数值模拟,从骨架颗粒接触力链网络的角度揭示了水力梯度对侵蚀型管涌发展... 为研究深厚覆盖层侵蚀型管涌的细观机理,基于DEM-CFD(离散元-计算流体力学)方法,构建了颗粒-孔隙尺度耦合分析模型,开展了不同水力梯度下深厚覆盖层侵蚀型管涌的数值模拟,从骨架颗粒接触力链网络的角度揭示了水力梯度对侵蚀型管涌发展的影响,并根据数值模拟的结果对细颗粒流失概率理论进行改进.结果表明:随着水力梯度的增大,细颗粒流失量减小,细颗粒流失达到稳定的时间提前,运移距离大于100 mm的细颗粒数量增多,运移距离小于100 mm的细颗粒数量减少;水力梯度越大,接触力数目越多,强接触占接触总数比例减小,接触力向y轴方向收拢;改进理论对细颗粒流失概率的预测与既有研究中数值模拟的结果较为接近. 展开更多

关键词 侵蚀型管涌 数值模拟 力链网络 喉管 细颗粒运移

原文传递

橡胶砂级配对混合土体剪切特性影响研究 被引量：2

3

作者 刘飞禹 李昊泽 +1 位作者 符军 孙宏磊 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期663-672,共10页

为了研究橡胶砂的剪切特性,采用室内大型直剪仪,研究了4种橡胶砂级配(1种间断级配、2种连续级配、1种开级配)、3种橡胶掺入量(10%、30%、60%)、3种竖向应力(30、60、90 kPa)对橡胶砂强度特性和体变特性的影响;并在室内直剪试验的基础上... 为了研究橡胶砂的剪切特性,采用室内大型直剪仪,研究了4种橡胶砂级配(1种间断级配、2种连续级配、1种开级配)、3种橡胶掺入量(10%、30%、60%)、3种竖向应力(30、60、90 kPa)对橡胶砂强度特性和体变特性的影响;并在室内直剪试验的基础上,按照相同级配和橡胶掺量建立纯砂和橡胶砂的离散元数值模型,从颗粒接触状态和颗粒位移角度探讨橡胶砂内在力学机制。研究结果表明:在低橡胶含量下,橡胶砂的剪应力曲线趋势和纯砂一致,但其抗剪强度均低于纯砂;橡胶砂剪切应力随竖向应力的增大而增大,4种级配的橡胶砂中连续级配SR2抗剪强度最高;橡胶颗粒的掺入能有效抑制砂土的剪胀,其中间断级配SR1橡胶砂抑制土体剪胀效果最好,剪胀量相较于纯砂减少了37.6%;橡胶砂的内摩擦角随着橡胶掺入量的增大而减小,同一橡胶掺量下连续级配SR2橡胶砂的内摩擦角最大;橡胶颗粒在橡胶砂力链网络中主要参与弱力链的形成,橡胶砂剪切带宽度小于纯砂的剪切带宽度。 展开更多

关键词 橡胶砂 直剪试验 级配 力链网络 剪切带

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贮料重度对卸料流态及仓壁压力分布的影响

4

作者 刘克瑾 黄硕硕 +2 位作者 姚辉江 贾玲玲 谢双臣 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第15期44-53,共10页

为了研究贮料重度对仓壁卸料压力和流态的影响,该研究进行了室内试验和数值模拟分析。室内试验采用自主设计的半圆柱形平底圆筒仓,仓壁嵌入定制的压力传感器量测仓壁压力,通过摄像机记录流态演化过程。贮料选用重度不同平均粒径为5.5 m... 为了研究贮料重度对仓壁卸料压力和流态的影响,该研究进行了室内试验和数值模拟分析。室内试验采用自主设计的半圆柱形平底圆筒仓,仓壁嵌入定制的压力传感器量测仓壁压力,通过摄像机记录流态演化过程。贮料选用重度不同平均粒径为5.5 mm的陶球颗粒(以下简称陶粒)和大豆,各进行了5组卸料试验。并进行了离散元(discrete element method,DEM)数值模拟。最后,综合试验结果和数值模拟结果,结合颗粒物质力学基本原理,分析了贮料重度对流态演化及仓壁压力分布的影响。结果表明:陶粒和大豆的流态演变过程相似;静止区边界在卸料前期和中期处于稳定状态,贮料静止区角度为54.03°,高度为0.310 m,卸料后期,表面流动边界面开始与静止区边界面以28.5°相交,并最终滞留在仓底附近形成角度为28.5°,高度为0.120 m的“滞留区”;贮料重度越大,仓壁压力变化越剧烈;峰值压力作用点在距离仓壁底部约3/10高度处;在卸料最初(卸料时间5 s,占总卸料时长的1.43%),陶粒和大豆的仓壁压力均发生剧烈突增:陶粒峰值增幅为263%,大豆峰值增幅为257%,该现象为实践中筒仓破坏多出现在卸料初期提供了试验支持。基于细观层面的力链网络演化,证实了重度大的陶粒通过力链网络传递到仓壁的压力更大,仓壁压力波动性与力链的断裂、重构和结拱起始、结拱完成和拱塌落有直接的对应关系。研究建立了从细观力链网络传递、力链断裂、重构与宏观仓壁压力分布的直接联系,研究结果可为筒仓结构设计提供理论支撑与试验依据。 展开更多

关键词 筒仓 散体材料 流态 离散元法 力链网络 卸料压力 卸料试验 重力密度

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平底筒仓中心卸料流态演化过程及仓壁压力波动性 被引量：2

5

作者 刘克瑾 姚辉江 袁铮 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第15期15-24,共10页

卸料时的仓壁压力是筒仓结构设计的关键,仓内物料的流动状态(流态)是影响卸料压力分布的关键。为了探究物料流态的演化过程和发生机理以及由此引发的仓壁压力分布情况,该研究采用自主设计的半圆柱形有机玻璃筒仓模型进行筒仓中心卸料试... 卸料时的仓壁压力是筒仓结构设计的关键,仓内物料的流动状态(流态)是影响卸料压力分布的关键。为了探究物料流态的演化过程和发生机理以及由此引发的仓壁压力分布情况,该研究采用自主设计的半圆柱形有机玻璃筒仓模型进行筒仓中心卸料试验和离散元(discrete element method,DEM)模拟分析。筒仓壁嵌入定制压力计,贮料为平均粒径3.5 mm的陶球,在测量仓壁压力分布的同时实时观测贮料内部和外部的流动过程。通过标定颗粒追踪贮料运动轨迹。通过PFC2D建立离散元数值模型,分析卸料过程中贮料的力链网络、速度矢量和孔隙率变化,探讨颗粒的运动机制和颗粒体系的传力方式。基于模型试验和数值模拟结果,根据颗粒物质力学、土力学和散体力学基本原理,从宏观和细观层面分析流态的演化过程和发生机理以及仓壁压力波动性规律,明确仓壁压力和流态的关系。结果表明:卸料瞬间(卸料率0~1%),强力链断裂导致孔隙率增大(由卸料前的0.15043~0.20030增至卸料瞬间的0.15136~0.23223),各测点仓壁压力骤增,P2测点(深度0.4 m)的增幅最大,达到1.94;卸料时贮料流态的演化过程为:整体流—漏斗流—混合流(漏斗流与管状流共存)—管状流,并以漏斗流和管状流为主,整体流阶段的仓壁压力波动性最大(0.2、0.4和0.6 m深度处的仓壁压力骤增至峰值1.65、3.63和4.05 kPa),颗粒流动呈现非线性;在贮料表面下降至高径比为1.04的位置,管状流开始出现,卸料时管状流道的直径逐渐减小(由270 mm减小至50 mm);贮料区域可划分为流动区、(准)静止区以及边界区,这些区域随着物料流出不断发展变化,流动区和静止区的交界位于距仓底0.329 m(约1/3高度)处。研究结果可为散体物料流态和筒仓散体物料压力分析提供参考。 展开更多

关键词 粮食 流态 筒仓 中心卸料 仓壁压力 力链网络

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渗流管涌作用下松散堆积层结构演化规律

6

作者 蔡沛辰 毛雪松 +1 位作者 胡仪喣 解阔 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第9期3813-3823,共11页

为揭示渗流管涌作用下松散堆积层结构演化规律,基于颗粒-孔隙尺度流固耦合方法,分别对密实、中密和疏松结构的松散堆积层开展渗流管涌仿真试验,从细观层面分析渗流管涌作用下松散堆积层颗粒迁移特征、颗粒流失量、颗粒间接触力链演化和... 为揭示渗流管涌作用下松散堆积层结构演化规律,基于颗粒-孔隙尺度流固耦合方法,分别对密实、中密和疏松结构的松散堆积层开展渗流管涌仿真试验,从细观层面分析渗流管涌作用下松散堆积层颗粒迁移特征、颗粒流失量、颗粒间接触力链演化和骨架变形的结构演化特征。结果表明:渗流管涌主要以细颗粒迁移为主,存在局部“堵塞”现象,块石颗粒仅会在细颗粒迁移脱空后自由堆积。细颗粒迁移具有明显的“颗粒堆积”现象,主要集中在出口处,呈“上多下少”的特点。同时,渗流管涌发展过程中相同部位的孔隙率变化具有高度相似性,且结构越疏松越显著。管涌发展过程中,块石颗粒间接触承担主要的应力传递,力链演化的本质是堆积填料内部应力传递结构的改变。此外,下沉量和体应变均随时步增加,呈先急剧增加,后趋于平稳的态势,且随初始渗流速度越大,平稳时刻逐步提前。该研究成果可为从细观角度认识松散堆积层渗流管涌结构演化规律提供一定借鉴。 展开更多

关键词 松散堆积层 渗流管涌 颗粒流 力链网络 结构演化

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基于不同贮料的筒仓侧压力试验与数值模拟 被引量：5

7

作者 吴承霞 徐志军 +2 位作者 庞照昆 原方 姜学佳 《工业建筑》 CSCD 北大核心 2021年第8期68-73,共6页

筒仓卸料动态压力是导致仓壁破坏的主要原因,贮料种类是影响动态压力的重要因素。采用大豆、小麦和砂子三种贮料进行筒仓卸料试验,并基于试验建立筒仓卸料颗粒流数值模拟模型。对筒仓卸料过程中不同贮料的动态侧压力和超压系数进行对比... 筒仓卸料动态压力是导致仓壁破坏的主要原因,贮料种类是影响动态压力的重要因素。采用大豆、小麦和砂子三种贮料进行筒仓卸料试验,并基于试验建立筒仓卸料颗粒流数值模拟模型。对筒仓卸料过程中不同贮料的动态侧压力和超压系数进行对比研究,探索不同贮料对动态压力的影响规律。结果表明:1)三种贮料的最大超压系数分别为2.27、1.52和1.24,位置在筒仓高度的1/3附近。2)筒仓侧壁的下落速度小于筒仓中部的,这是由于仓壁密集的力链网络抑制仓壁贮料的流动,并导致侧压力增大。3)观察颗粒力链网络,接近仓壁位置接触力集聚,筒仓中部稀疏,呈现动力拱的形式,拱脚的接触力作用于仓壁,这是动态压力增大的主要原因。 展开更多

关键词 筒仓 动态压力 静态压力 力链网络

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基于多级力链网络分析的花岗岩压缩特性的矿物尺寸效应研究 被引量：1

8

作者 张涛 蔚立元 +3 位作者 苏海健 高亚楠 贺虎 魏江波 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期1988-2003,共16页

为定量分析花岗岩受载时压缩特性的矿物尺寸效应,利用基于颗粒流思想的三维等效晶质模型还原花岗岩内部结构。试样整体力链网络实现了多级划分,各种晶内结构及晶间结构内力链的值、数量、倾向被定量分析。从力链角度分析试样单轴抗压强... 为定量分析花岗岩受载时压缩特性的矿物尺寸效应,利用基于颗粒流思想的三维等效晶质模型还原花岗岩内部结构。试样整体力链网络实现了多级划分,各种晶内结构及晶间结构内力链的值、数量、倾向被定量分析。从力链角度分析试样单轴抗压强度、微裂纹特征、各类结构的承载能力及抗破裂能力的矿物尺寸效应。研究结果表明:当接触数量基本不变的情况下,加载过程中的一般力链数量下降量与微裂纹的上升量有较好地相关性。各类一般力链的倾向分布较为均匀。力链网络整体水平随矿物尺寸的上升呈上升趋势。强力链的主要倾向与加载方向一致,且与裂纹主要倾向呈明显地正交关系。强力链的数量可以很好地表征试样的宏观力学特性。完整矿物及晶间结构的承载能力均随矿物尺寸的上升而提高,且变化范围与接触的微观拉伸强度呈正比。完整矿物结构产生单个裂纹所需的强力链数量随矿物尺寸的上升而上升,即抗破裂能力上升,但晶间结构的抗破裂能力并无明显变化。 展开更多

关键词 岩石力学 矿物尺寸效应 三维矿物晶体模型 单轴压缩 力链网络

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散体介质复杂力链网络演化持续同调拓扑研究 被引量：1

9

作者 王金安 杨柳 李飞 《工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期728-736,共9页

力链网络是表征颗粒物质和散体介质细观力学本质特征以及研究其宏观结构力学行为的重要基础.由于力链构型的复杂性和多重形态,使得力链网络难以分析处理.拓扑数据分析(TDA)为定量描述力链网络提供了一种简单、有效且易处理的方法.基于... 力链网络是表征颗粒物质和散体介质细观力学本质特征以及研究其宏观结构力学行为的重要基础.由于力链构型的复杂性和多重形态,使得力链网络难以分析处理.拓扑数据分析(TDA)为定量描述力链网络提供了一种简单、有效且易处理的方法.基于拓扑数据分析中的持续同调理论,建立了散体颗粒从接触网络到力链网络,再到拓扑空间模型的分析方法.以放顶煤开采为例,采用光弹实验方法,追踪放顶煤开采力链演化过程,对顶煤与覆岩力链网络进行持续同调拓扑分析.研究表明:将采场中散体颗粒应力作为持续同调分析的阈值ε时,Betti数可以作为衡量采场来压的一个量化指标,采场顶部覆岩和工作面前方煤岩力链网络β0曲线呈抛物线形,且来压时抛物线峰值高于初始状态下的峰值.顶部覆岩β0峰值位于强力链范围,而工作面前方煤岩β0峰值位于次强力链范围.β1曲线呈L形,在[0.3,1]区间内,β1趋近于0,在[0,0.2]区间内与ε近似呈反比.持续同调拓扑研究为定量分析颗粒介质复杂力链网络演化和宏观力学行为提供了有效方法. 展开更多

关键词 散体介质 拓扑 持续同调 力链网络 光弹实验 放顶煤

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破碎岩石锚固结构承载力学特性模型试验研究

10

作者 孟波 靖洪文 +3 位作者 吴疆宇 李晓昭 董津源 尹乾 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期3020-3030,共11页

为揭示破碎岩石锚固结构承载失稳机制,探索支护构件与破碎岩石相互作用下锚固结构内部应力演化规律,通过自主研制的试验系统开展不同预紧力下破碎岩石锚固结构的自稳及再承载模型试验,研究破碎岩石锚固结构承载力学特性与变形破坏特征,... 为揭示破碎岩石锚固结构承载失稳机制,探索支护构件与破碎岩石相互作用下锚固结构内部应力演化规律,通过自主研制的试验系统开展不同预紧力下破碎岩石锚固结构的自稳及再承载模型试验,研究破碎岩石锚固结构承载力学特性与变形破坏特征,分析破碎岩石锚固结构自稳及再承载全过程预紧力对结构内部压力和锚杆锚托力时空响应的影响规律,探讨破碎岩石锚固结构自稳及再承载失稳机制,并从强化破碎岩石锚固结构内部力链网络角度出发,提出以恒高预紧力、强均压护表、高刚度及合理支护密度为核心的巷道冒顶防控理念。结果表明:破碎岩石锚固结构自稳的临界锚杆预紧力约为3 N·m,其自稳过程内部压力在上层中部出现突增,并向四周扩散维持稳定,而在下层中部出现突降,这与结构内部力链网络重分布密切相关。随着锚杆预紧力的增大,锚固结构内部压力突增更显著、锚托力突降数值有所减小,表明高预紧力的破碎岩石锚固结构容易形成强力链网络,低预紧力的破碎岩石锚固结构力链网络较弱且离散显著,难以自稳及承载。破碎岩石锚固结构承载过程中出现频繁的大幅应力跌落,预紧力越大的模型应力跌落数值越大,且最大承载位移往往大于其峰值位移,对应的荷载也低于峰值荷载。破碎岩石锚固结构承载过程中内部压力显现基本与自稳过程一致,并与其变形破坏模式相对应,下层中心位置形成的穹窿顶空腔破坏了力链网络,致使岩块沿模型中心向四周扩散迅速冒落。锚杆锚托力则随着承载变形的增大而持续降低,临近结构中轴线的锚杆锚托力降低数值要远大于远离结构中轴线的锚杆。高锚托力是保证破碎岩石锚固结构力链网络的必要条件,预紧力越高,锚杆锚托力突降数值越大,但在突降后仍能承受较长时间的荷载。 展开更多

关键词 岩石力学 破碎岩石锚固结构 锚杆支护 变形破坏 承载力学特性 力链网络

原文传递

基于细观力学的矿石颗粒破碎特性研究 被引量：3

11

作者 蔡改贫 赵小涛 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期1792-1797,I0028,I0029,共8页

为研究矿石颗粒动态破碎过程中内部力学变化和矿石颗粒宏观破碎状态,从细观力学的角度出发,以二维巴西圆盘为研究对象,运用离散元法分析其内部力链变化情况和宏观破碎情况。采用钨矿石作为研究对象,建立了矿石颗粒模型,得到颗粒系统内... 为研究矿石颗粒动态破碎过程中内部力学变化和矿石颗粒宏观破碎状态,从细观力学的角度出发,以二维巴西圆盘为研究对象,运用离散元法分析其内部力链变化情况和宏观破碎情况。采用钨矿石作为研究对象,建立了矿石颗粒模型,得到颗粒系统内部粘结键强度的判断依据和冲量函数。仿真计算结果表明:强力链在力链网络中所占的比例较低,且多集中在载荷端和支撑端的接触部位;圆盘内部力链累积冲量随时间的增加而不断增大,并且受到颗粒内部粘结键断裂的影响,粘结键断裂数量越多,颗粒内部力和冲量下降程度越大。 展开更多

关键词 细观力学 破碎特性 巴西圆盘 颗粒破碎 力链网络

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粒间摩擦对含有点缺陷的二维颗粒堆积体底部力链的影响 被引量：3

12

作者 刘源 徐同桐 赵宪锋 《力学与实践》 北大核心 2019年第3期308-313,307,共7页

力链对颗粒物质的宏观与微观力学性质起着决定性的作用。在离散元法的基础上,建立二维规则排列的颗粒物质系统,分别研究无缺陷颗粒系统在集中载荷变化与有缺陷颗粒系统在缺陷区域改变时,粒间摩擦系数对颗粒系统底部接触力分布规律的影... 力链对颗粒物质的宏观与微观力学性质起着决定性的作用。在离散元法的基础上,建立二维规则排列的颗粒物质系统,分别研究无缺陷颗粒系统在集中载荷变化与有缺陷颗粒系统在缺陷区域改变时,粒间摩擦系数对颗粒系统底部接触力分布规律的影响。结果表明:在无缺陷颗粒系统中,颗粒系统底部接触力的分布形式受摩擦系数和集中载荷的大小影响。随摩擦系数的增大,底部接触力由双峰形式经平台过渡,逐渐向单峰形式转变。在有缺陷颗粒系统中,摩擦系数和缺陷尺寸对底部接触力分布均有影响。同种载荷作用下,随缺陷尺寸的增大,底部接触力峰值显著增大;底部平均力被明显削弱,力向边界的传递增强。系统中轴线上缺陷的存在使底部中间区域受力削弱,当缺陷尺寸超过2层以上时,底部中间力随摩擦系数的变化特征由递增曲线演变为线形衰减曲线。 展开更多

关键词 粒间摩擦 点缺陷 颗粒系统 力链网络

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基于离散元法的边坡填土剪切性能分析

13

作者 匡俊 陈芋如 +4 位作者 朱仁民 曹建林 周俊 唐强 孙俊芳 《地基处理》 2022年第5期380-386,共7页

为了从微观角度分析边坡填土剪切性能的影响规律,以苏州市科技城凤凰山弃土场为研究对象,从现场取得的样品中将试样大体分为4种级配,利用颗粒流离散元软件构建直剪试验模型,研究关于剪切位移、剪切带以及接触网络的微观特征演化规律。... 为了从微观角度分析边坡填土剪切性能的影响规律,以苏州市科技城凤凰山弃土场为研究对象,从现场取得的样品中将试样大体分为4种级配,利用颗粒流离散元软件构建直剪试验模型,研究关于剪切位移、剪切带以及接触网络的微观特征演化规律。研究结果表明,试样在剪切过程中表现出应变软化和屈服的特点。当试样进入剪切后期,剪应力达到峰值,其中中值粒径最大的杂填土试样的抗剪强度最高,峰值剪切应力达到327.74 kPa;颗粒位移呈水平带状分布,形成剪切带,宽度为1.52 cm左右;同时,力链网络中强力链显著聚集,与水平方向大约呈60°夹角,最大接触力达到1578.5 kN;随着中值半径的减小,剪切带的宽度以及最大接触力不断减小。在级配不良的样品内部,颗粒之间的嵌挤作用较弱,使得颗粒之间容易形成相对剧烈的相互错动。因此,黏性土中值粒径最小,剪切带宽度最小,最大的接触力最小,最容易发生剪切破坏。 展开更多

关键词 边坡 直剪试验 离散元方法 级配 中值粒径 剪切带 力链网络 最大接触力

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钻井液致密承压封堵裂缝机理与优化设计 被引量：31

14

作者 邱正松 刘均一 +3 位作者 周宝义 暴丹 窦同伟 肖成才 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第B12期137-143,共7页

针对钻井液防漏堵漏技术难题,借鉴微观颗粒物质力学"强力链"基本原理,提出了评价防漏堵漏材料的颗粒强度、颗粒弹性、颗粒表面摩擦等主要精细化技术指标,建立了相应的实验表征方法,揭示了基于微纳米尺度的钻井液致密承压封堵... 针对钻井液防漏堵漏技术难题,借鉴微观颗粒物质力学"强力链"基本原理,提出了评价防漏堵漏材料的颗粒强度、颗粒弹性、颗粒表面摩擦等主要精细化技术指标,建立了相应的实验表征方法,揭示了基于微纳米尺度的钻井液致密承压封堵机理,给出了钻井液强化致密承压封堵优化设计方法,即通过合理的颗粒类型、粒度级配与浓度控制,刚性颗粒、弹性颗粒、纤维材料等协同封堵裂缝,可形成具有"强力链网络"的致密承压封堵层,显著提高地层承压能力。研制了钻井液封堵特性评价动态模拟实验装置,可模拟不同地层温度、压力条件下不同开度裂缝的漏失与封堵过程,为致密承压封堵机理及钻井液防漏堵漏效果评价提供了实验方法。采用所研制的封堵动态模拟实验装置,优化了不同开度楔形裂缝的强化致密承压封堵钻井液配方。实验结果表明,其具有良好的自适应裂缝开度致密封堵特性,承压能力达8 MPa以上,可显著提高地层承压能力。 展开更多

关键词 井漏 强力链网络 致密承压封堵剂 防漏堵漏机理 封堵实验

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井壁强化机理与致密承压封堵钻井液技术新进展 被引量：25

15

作者 邱正松 暴丹 +2 位作者 李佳 刘均一 陈家旭 《钻井液与完井液》 CAS 北大核心 2018年第4期1-6,共6页

井壁强化钻井液技术已成为提高地层承压能力的重要手段之一,目前中国在井壁强化微观机理、模拟实验评价方法和新材料研发等方面,均有待深入研究。基于微观颗粒物质力学的力链网络结构分析基本原理,探讨了裂缝地层致密承压封堵方法。提... 井壁强化钻井液技术已成为提高地层承压能力的重要手段之一,目前中国在井壁强化微观机理、模拟实验评价方法和新材料研发等方面,均有待深入研究。基于微观颗粒物质力学的力链网络结构分析基本原理,探讨了裂缝地层致密承压封堵方法。提出了井壁强化材料特性的精细化表征参数,通过颗粒类型、粒度级配及浓度优化,利用刚性颗粒、弹性颗粒和纤维材料等协同封堵裂缝,可有效形成具有"强力链网络结构"的致密承压封堵层。利用自行研制的井壁强化钻井液封堵模拟实验装置,开展了井壁强化钻井液封堵模拟实验优化研究。模拟实验证明,新研制的井壁强化材料不仅能够有效封堵裂缝,形成致密承压裂缝封堵层,且当支撑裂缝至设计开度,可提升地层承压能力。 展开更多

关键词 井壁强化 微观机理 强力链网络结构 致密承压封堵材料 钻井液 模拟试验方法

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基于三维晶质模型-离散元法的数值模拟研究:动态弯曲拉伸强度试验中的多级力链网络分析

16

作者 范豆豆 张涛 +3 位作者 蔚立元 胡李华 苏海健 魏江波 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第11期3821-3839,共19页

力链网络是岩石材料加载下的关键信息,类似岩石的微观裂纹和宏观力学行为。本文提出了一种基于离散元法(GBM3D-DEM)的三维晶质模型,采用耦合的(有限差分法(FDM)-离散元(DEM))霍普金森压杆系统模拟了动态弯曲拉伸强度试验。结果表明,加... 力链网络是岩石材料加载下的关键信息,类似岩石的微观裂纹和宏观力学行为。本文提出了一种基于离散元法(GBM3D-DEM)的三维晶质模型,采用耦合的(有限差分法(FDM)-离散元(DEM))霍普金森压杆系统模拟了动态弯曲拉伸强度试验。结果表明,加载过程中试样内部所有一般力链(GF)的值和数量分别表明了样品的应力水平和裂纹活动。强力链(HF),作为那些在峰值荷载下大于所有一般力链(GF)平均值的力链,其数量可以更深入地表征施加在试样两端的应力水平。同时,强力链的主要倾向分布方向与加载方向一致,并垂直于裂纹的加载方向。本文将力链网络进行了多级分类,并对花岗岩的裂纹活动和力学行为进行了研究,并从多级力链网络的角度分析了加载率效应。 展开更多

关键词 岩石力学 三维晶质模型 耦合霍普金森压杆系统 多级力链网络 加载率效应

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基于力链网络表征的裂缝封堵层结构失稳细观力学机制 被引量：3

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作者 闫霄鹏 许成元 +4 位作者 康毅力 商翔宇 经浩然 林冲 张敬逸 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期765-775,共11页

裂缝封堵层细观结构稳定性控制着宏观结构承压能力,进而影响工作液漏失控制效果。由于缺少裂缝封堵层动态细观力学参数获取方法与细观结构演化的精细刻画方法,裂缝封堵层结构承压失稳细观力学机制尚不明确。利用自主研发的钻井防漏堵漏... 裂缝封堵层细观结构稳定性控制着宏观结构承压能力,进而影响工作液漏失控制效果。由于缺少裂缝封堵层动态细观力学参数获取方法与细观结构演化的精细刻画方法,裂缝封堵层结构承压失稳细观力学机制尚不明确。利用自主研发的钻井防漏堵漏裂缝封堵层细观结构表征系统,模拟了承压过程中物理类颗粒材料构成的裂缝封堵层细观结构演化过程,明确了承压过程裂缝封堵层强弱力链演化特征,基于网络科学方法提取了裂缝封堵层细观力链网络,揭示了裂缝封堵层结构失稳细观力学机制。研究结果表明,裂缝封堵层承压过程伴随着细观力链的形成—破坏—再形成。强力链网络构成裂缝封堵层承压的力学基础,强力链网络断裂是裂缝封堵层承压失稳的细观力学机制。裂缝封堵层承压时,颗粒间接触力逐渐增加,强力链占比逐步升高,弱力链占比逐渐降低,链状强力链与三角形、五边形、环状等强力链相连构成了强力链网络。裂缝封堵层承压失稳后,强力链构成的网络形态断裂,演化为交错状、链状力链,强力链占比降低,弱力链占比升高。进一步提出了强力链平均抗剪强度、强力链发育程度和力链网络几何结构3类指标,作为裂缝封堵层细观结构承压稳定性主控因素,进而形成了堵漏配方封堵效果评价新方法,并为新型高封堵强度堵漏材料研发提供依据。 展开更多

关键词 防漏堵漏 裂缝封堵层 多尺度结构 细观力链网络 细观结构失稳 光弹实验

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中国古代对颗粒物质特性的认知与应用

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作者 张宇 黄志鹏 +1 位作者 孙健 史庆藩 《北京理工大学学报（社会科学版）》 CSSCI 2010年第1期140-144,共5页

对颗粒物质特性的应用在人民生活中起着不可或缺的作用,在我国古代科技实用中更有着不可忽略的地位。以现代颗粒物质力学进展为基础,着重探究颗粒物质在生活实践中的一系列应用实例,借以考证中国古代科学对颗粒物质特性较深层次的认知,... 对颗粒物质特性的应用在人民生活中起着不可或缺的作用,在我国古代科技实用中更有着不可忽略的地位。以现代颗粒物质力学进展为基础,着重探究颗粒物质在生活实践中的一系列应用实例,借以考证中国古代科学对颗粒物质特性较深层次的认知,从多个角度分析、理解中国古代科学文化中的颗粒学部分的实用价值以及对今后继续探索颗粒物质领域的启示与推动作用。 展开更多

关键词 颗粒物质 能量耗散 力链 摩擦力

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