钙质砂颗粒破碎过程的PFC模拟开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

现如今，各国正大力开发海洋资源，如海底油田液化石油气的开采，涉及到海上钻井平台的建设，在南海诸岛大量建设民用建筑以及国防工程，地下空间开发工程，均涉及到地基基础的建设。而在我国南海海域中，钙质砂分布十分广泛。与陆相沉积物不同，钙质砂是一种富含碳酸钙或其他难溶盐类物质的特殊介质，是一种典型的海洋沉积物。

钙质砂是在饱和碳酸钙溶液中，经过物理、生物化学及化学作用过程形成的一种与陆相沉积有很大差异的碳酸盐沉积物，形成颗粒，孔隙率大、形状不规则、性质较脆，在较低的应力水平下就会产生颗粒破碎的现象，导致其压缩性、剪胀性和强度特性与普通陆相沉积砂颗粒差异较大。目前国内外对钙质砂的研究尚处于试验以及定性分析的阶段。由于海洋资源开发的需要，用不同方式深入研究钙质砂的力学性质，以及钙质砂颗粒破碎机理的分析，具有重要的实际意义。

目前，国内外学者已从不同角度来分析钙质砂的力学特性。孙吉主等人通过使用能模拟低应力水平下塑性变形的边界面塑性理论描述其滑移变形，同时用弹性损伤模型描述其颗粒破碎特性，初步分析其微观机理，讨论了围压和固结应力比对钙质砂声发射规律的影响。张家铭等人通过对钙质砂的三轴剪切试验，得出低围压下剪胀对其强度的影响远大于颗粒破碎，高围压下，剪胀对强度的影响越来越小，颗粒破碎的影响越来越大，即颗粒破碎对强度的影响随围压的增大而增大。王勇等人利用pfc2d接触粘结模型生成簇颗粒单元来模拟钙质砂颗粒，进行常规的双轴数值试验，得出颗粒破碎位置通常也是颗粒旋转较大的位置，并逐渐向剪切带趋近，剪切带的形成又加速了颗粒破碎的发展。

2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容：

1、对pfc3d簇颗粒单元(cluster)进行开发，研究得到符合钙质砂宏观力学性质的细观参数。

2、钙质砂常规三轴试验模拟（不同围压、密实度），从而得到不同条件下的应力-应变曲线，进行对比分析。

3. 研究计划与安排

第1－2周。整理及查阅钙质砂三轴试验力学特性研究的相关中英文资料，对所要研究的内容和方法形成清晰的思路。

第3－5周。完成毕业论文的开题报告，总结现有的研究方法和成果，完成文献综述撰写工作。

第6－8周。总结钙质砂的三轴试验特性，学习pfc软件的数值建模方法。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]张家铭．钙质砂基本力学性质及颗粒破碎影响研究［Ｄ］．武汉：中国科学院武汉岩土力学研究所．2004.

[2]吴京平，褚瑶．颗粒破碎对钙质砂变形及强度特性的影响［Ｊ］．岩土工程学报，1997（5）：49－55

[3]孙吉主，汪稔．王轴压缩条件下钙质砂的颗粒破裂巧究过程［Ｊ］．岩土力学，2003，24（5）：822－825