基于DEM的钙质砂直剪试验：粒径范围与破碎率的率效应研究

来源：海洋技术学报杂志2026年第01期北京时间：

作者：杨晓飞,,,易开,雷宇恒,徐仕霖5

单位：单位杨晓飞1，2，3，易 开4，雷宇恒4，徐仕霖5（1. 山东省物化探勘查院,山东 济南 250013；2.山东省地质勘查工程技术研究中心,山东 济南 250013；3. 地下资源环境高精度探测山东省工程研究中心,山东 济南 250013；4.中国海洋大学工程学院,山东青岛 266404；5.中国海洋大学环境科学与工程学院,山东 青岛 266100）

摘要：钙质砂的力学行为显著受控于其复杂颗粒形态与破碎特性，而传统球形颗粒模型难以准确模拟此类效应。为克服此局限，本文创新性地建立了基于多球聚合算法与平行黏结模型的可破碎钙质砂三维离散元直剪模型，实现了对真实颗粒形态与破碎行为的精细模拟。系统研究了粒径范围与剪切速率对宏细观力学特性的影响，发现高应力下率敏感性随粒径增大呈先降后增趋势，临界速率由0.005 m/s增至0.04 m/s；细观层面揭示了颗粒破碎率与粒径的正相关性，以及高应力下破碎行为对速率的非单调响应机制。本文系统地揭示了粒径对钙质砂率效应的影响规律，所揭示的细观机理为构建更为完善的钙质砂率效应理论体系提供了重要数值依据。

关键词：钙质砂；离散元；颗粒破碎；直剪试验；力链

基金资助：国家自然科学基金资助项目（42477194）；中国海洋大学优秀青年科技人才培育计划项目（202441008）；山东省高等 学校青创科技支持计划项目（2024KJH119）；中国海洋大学海洋油气勘探国家工程研究中心数据采集技术分中心资助 项目（2025SDAT02）