基于数字图像的三维不规则砂岩颗粒破裂力学特性

史开文，左宇军，孙文吉斌，刘 镐，邬忠虎，林健云，李涛涛

(贵州大学 a. 矿业学院； b. 土木工程学院，贵州 贵阳 550025)

三维条件下不规则岩石力学特性及破裂过程是地下工程研究的重要内容，也是影响矿岩高效开采的关键因素。矿岩破裂贯穿矿石开采到选矿的整个过程，该过程能耗巨大，节能减排任务艰巨[1-2]，因此，提高粉碎效率，降低总能源成本对矿岩开采及粉碎具有重大意义。

随着计算机科学技术的发展，学者们在数值分析方面取得了丰硕的研究成果。如周剑等[3]通过数字图像处理技术重构岩石颗粒，利用连续-离散耦合方法(FDEM)模拟单个颗粒在平板压缩下的断裂破碎； 孟敏强等[4]利用颗粒流程序(PFC)模拟了单颗粒破碎过程； 黄泉水等[5]基于离散元方法(DEM)，用颗粒黏结模型模拟单颗粒破碎，侧重研究颗粒的细观结构对颗粒破碎过程的影响； Ishihara等[6]采用离散单元法(ADEM)分析了不规则颗粒的破碎行为；Li等[7]采用三维离散单元法，运用Voronoi逻辑，模拟了不规则散体岩石中的裂纹扩展；Quist等[8]采用DEM和工业规模试验研究了不规则颗粒破碎；蔡改贫等[9]根据岩石的异形特征和岩石递级破碎的概念，建立符合真实岩石内部特性的异形多级颗粒模型；Xiao等[10]采用DEM建立了不规则碎石颗粒模型，模拟分析了不规则岩石颗粒的接触应力分布。尽管离散元、边界元等方法在不规则岩石变形破坏中取得了一些有益的研究成果，但大多数均集中于三维模型重构，在不规则岩石破裂力学特性方面鲜有研究。……