基于3D打印技术的颗粒球度与砂土物理性质关系研究OA北大核心CSTPCD

【目的】砂土作为一种颗粒材料,形状是影响其堆积状态及剪切特性的重要因素,为探究颗粒整体轮廓(球度)对颗粒物理性质的影响。【方法】利用球谐函数随机生成3种复杂形状颗粒和球颗粒模型,通过3D打印技术打印颗粒模型。对4种打印颗粒进行相对密度试验以及直剪试验,分析不同形状颗粒的堆积状态、力学性能。【结果】分析三维颗粒形状指标,发现复杂颗粒的形状差异主要体现整体轮廓方面(球度最大相差0.718,圆度最大相差0.032)。随着球度的增加,颗粒的最大孔隙比从1.843减小到0.803,最小孔隙比从1.121减小到0.603,极限孔隙比差值从0.722减小到0.200,且在相同相对密实度的条件下更容易达到密实的堆积状态;在相对密实度为0.5的条件下,随着颗粒球度从0.241增大到1,试样峰值抗剪强度逐渐减小,内摩擦角从44.6°减小至33.4°,并且内摩擦角和球度存在线性递减关系。【结论】将球谐函数生成不规则颗粒模型的方法与3D打印技术结合可以得到更加贴近真实情况的复杂形状颗粒。基于试验数据得出了复杂颗粒形状指标球度与剪切特性指标的关系式,为实际工程强度设计和数值模拟计算工作中考虑球度影响时提供理论依据。