主应力轴旋转下尾砂"强非共轴性"的宏细观力学机制与本构描述
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51774147
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0404.矿山开采基础理论
- 结题年份:2021
- 批准年份:2017
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2018-01-01 至2021-12-31
- 项目参与者:林从谋; 吕鸣飞; 刘士雨; 陈荣淋; 傅国锋; 罗承浩; 周垒; 张雯萍; 贺泽;
- 关键词:
项目摘要
The influence of particle shape and internal structure on the mechanical behavior of tailing sands is very significant. In classical soil mechanics theory, the influence of the meso-structure on non-coaxiality of tailing sands under principal stress rotation cannot be studied, which is the major problem restricting the reliability of safety evaluation of tailings structures. In this project, preliminary tests on tailing sands under principal stress rotation have been done and the scientific phenomenon-strong non-coaxiality appeared as expected. Based on this phenomenon, by breaking through limitation of the traditional equivalent continuum and coaxial theories, a hypothesis that there is a function correlation between the meso-structure parameters and the non-coaxial angle of tailings is proposed. High performance particle imaging analysis, hollow cylindrical torsion shear apparatus tests and three-dimensional discrete element simulations will be used to study the strength and non-coaxial deformation characteristics, the evolution of particle contact, arrangement, spatial distribution, and the contact force of tailing sands with various particle morphologies, and the gradations and densities under the rotation of principal stress axis. In order to verify the hypothesis of function correlation, find out the main controlling factors of non-coaxial angle and reveal macro-meso mechanics of strong non-coaxiality of tailing sands, a new homogenization method for non-convex granular material will be developed to study the meso-structure of tailing sands, and the multi-scale correlation between the micro properties and the macro non-coaxiality will be established. Eventually, a novel non-coaxial elastoplastic constitutive model of macro-meso-incorporation of tailing sands will be establishe. This study will be helpful to improve the safety assessment and disaster prediction of tailings structures, and providing a new theory and method for the decision-making of disaster prevention and mitigation.
尾砂极具特殊性的颗粒形貌与细观结构对其宏观力学行为,尤其是主应力轴旋转下的非共轴变形特性影响巨大,经典土力学理论无法对此进行量化描述,是制约尾矿构筑物安全评价可靠性的关键瓶颈。项目从预试验中发现的尾砂“强非共轴性”特征科学现象出发,突破传统连续介质和共轴理论的局限,提出尾砂细观结构参量与宏观非共轴角存在函数相关性的科学假说;利用高精度颗粒图像分析、空心圆柱扭剪试验及三维离散元模拟,研究不同颗粒形貌、级配和密实度的尾砂在主应力轴旋转下的强度与变形特性,解译颗粒接触、排布和粒间作用力等细观演化规律;通过发展符合尾砂细观特征的非凸颗粒散体结构均匀化方法,构建尾砂结构参量与非共轴角的多尺度关联,找出主控影响因素,验证并明确假说中的函数关系;最终揭示尾砂强非共轴性的力学机制,建立新的宏细观结合的尾砂非共轴弹塑性本构模型。本研究有助于提高尾矿构筑物安全评价和灾害预测水平,为防灾决策提供新理论和新方法。
结项摘要
(1)开展了尾矿砂定向剪切应力路径下的空心扭剪试验,探究了初始各向异性对尾矿砂强度及非共角变化规律的影响。研究表明:试样破坏时的强度随主应力方向角的增大先减小后增大,最小的破坏强度在α=75°时取得。非共轴角在加载初期最大(最大值小于15°),临近破坏时最小。综上所述,尾矿砂的破坏强度受各向异性影响显著且具有一定的非共轴变形特性。.(2)开展了尾矿砂主应力轴纯旋转的空心扭剪试验,探究了不同条件下,尾矿砂试样的非共轴变形特性。研究表明,试样内部孔隙率越大,试样的非共轴角平均值越小,非共轴角变化规律与偏应力水平及中主应力系数的相关性较小。随着主应力轴的旋转,非共轴角呈现出先减小后增大的规律,且最小值几乎都出现在旋转角为40°- 45°范围内。.(3)开展了尾矿砂联合荷载作用下的空心扭剪试验,探究了联合荷载作用下试样的非共轴变形规律。研究表明:主应力方向角与非共轴角呈反比关系,在试样临近破坏时非共轴角几乎为0。.(4)开展了聚丙烯纤维加筋尾矿砂的常规三轴试验,分别探讨了纤维掺量、初始相对密实度及有效围压对尾矿砂和加筋尾矿砂的强度、变形和颗粒破碎的影响规律。研究表明:相比素尾矿砂,加筋土的强度显著提高,最理想的纤维掺量应在0.3%左右。纤维形成的空间网状结构抑制了试样的变形。.(5)开展了聚丙烯纤维加筋尾矿砂不同应力路径下的空心扭剪试验,探究了掺入一定量的纤维后,不同应力路径下试样的强度及非共轴变形特性。研究表明:掺入纤维后,试样的破坏强度得到一定的提高。在纯主应力轴旋转应力路径下,纤维的掺入对非共轴角的影响最为显著。
项目成果
期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
饱和土排水蠕变特性对比研究
- DOI:10.16058/j.issn.1005-0930.2017.05.010
- 发表时间:2017
- 期刊:应用基础与工程科学学报
- 影响因子:--
- 作者:王艳芳;蔡正银;蔡燕燕;关云飞
- 通讯作者:关云飞
RT模式下考虑主应力偏转的刚性挡墙地震主动土压力
- DOI:--
- 发表时间:2018
- 期刊:岩土工程学报
- 影响因子:--
- 作者:张雯萍;周亦涛;俞缙;刘士雨;蔡燕燕;余闯
- 通讯作者:余闯
Time-Dependent Deformation Mechanism for Swelling Soft-Rock Tunnels in Coal Mines and Its Mathematical Deduction
煤矿膨胀软岩巷道随时间变形机制及其数学推导
- DOI:10.1016/j.nicl.2019.102120
- 发表时间:2020
- 期刊:International Journal of Geomechanics
- 影响因子:3.7
- 作者:Yu Jin;Liu Gengyun;Cai Yanyan;Zhou Jianfeng;Liu Shiyu;Tu Bingxiong
- 通讯作者:Tu Bingxiong
蠕变作用后大理岩强度与变形特性试验研究
- DOI:10.13722/j.cnki.jrme.2017.1174
- 发表时间:2017
- 期刊:岩石力学与工程学报
- 影响因子:--
- 作者:蔡燕燕;孙启超;俞缙;刘士雨;陈旭;刘立鹏
- 通讯作者:刘立鹏
Experimental and numerical study on mechanical and cracking behaviors of flawed granite under triaxial compression
三轴压缩下有缺陷花岗岩力学与开裂行为的实验与数值研究
- DOI:10.1016/j.measurement.2019.03.035
- 发表时间:2019
- 期刊:Measurement
- 影响因子:5.6
- 作者:Yao Wei;Cai Yanyan;Yu Jin;Zhou Jianfeng;Liu Shiyu;Tu Bingxiong
- 通讯作者:Tu Bingxiong
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其他文献
纵波垂直入射层状非线性节理岩体的半数值时域解
- DOI:--
- 发表时间:2013
- 期刊:土木工程学报
- 影响因子:--
- 作者:郭力群;俞缙;张亚洲;蔡燕燕;彭兴黔
- 通讯作者:彭兴黔
不同环境与加热路径下的微波加热岩石的数值研究
- DOI:--
- 发表时间:2018
- 期刊:微波学报
- 影响因子:--
- 作者:朱要亮;俞缙;蔡燕燕;刘士雨;周建烽
- 通讯作者:周建烽
Effect of sediment on vertical dynamic impedance of rock-socketed pile with large diameter
泥沙对大直径嵌岩桩竖向动力阻抗的影响
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- 发表时间:2013
- 期刊:Journal of Central South University
- 影响因子:4.4
- 作者:俞缙;蔡燕燕;吴文兵
- 通讯作者:吴文兵
非线性波在岩石节理处的透射规律研究
- DOI:--
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- 期刊:应用基础与工程科学学报
- 影响因子:--
- 作者:俞缙;宋博学;蔡燕燕;赵晓豹;李晓昭
- 通讯作者:李晓昭
土木工程专业侨生土力学课程教学模式探讨——以华侨大学为例
- DOI:--
- 发表时间:2014
- 期刊:高等建筑教育
- 影响因子:--
- 作者:蔡燕燕;涂兵雄;刘士雨;俞缙
- 通讯作者:俞缙
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