单颗粒压缩破碎的数值模拟及其分维分析

摘要

岩石颗粒常被应用在岩土工程中,是很重要的工程材料.但是岩石颗粒很容易发生颗粒破碎的现象,会对岩石颗粒的性质造成很大的不利影响.分形是描述客观自然界中具有自相似性层次结构的理论,分维是分形理论中最重要的概念.已有研究证明分形理论可以用来解释颗粒破碎这种不规则的自然现象.利用PFC-2D离散元程序对岩石单颗粒压缩破碎实验进行数值模拟,通过增加和删除颗粒的程序算法设定单颗粒的初始孔隙率,在初始孔隙率分别为0.25、0.20、0.15的情况下使用岩石碎屑统计的算法统计颗粒破碎后的碎屑,进而得到颗粒破碎分维分别为2.58、2.67、2.73.分析得到破碎分维与孔隙率之间的关系,破碎分维随着孔隙率的增大而减小,验证了岩石单颗粒压碎破碎的分形理论.