離散態(tài)顆粒物質(zhì)具有明顯不同于普通固體的界面摩擦特性,而摩擦系數(shù)是界面摩擦特性的主要表征參數(shù)之一。通過(guò)傾斜儀開展不同級(jí)配條件下顆粒材料的滑動(dòng)摩擦試驗(yàn),基于視頻圖像解析以及函數(shù)擬合方法,建立滑動(dòng)位移與滑動(dòng)時(shí)間的最佳函數(shù)擬合關(guān)系,分析滑動(dòng)過(guò)程的加速度并推算底面動(dòng)摩擦系數(shù),研究顆粒粒徑、質(zhì)量配比等級(jí)配因素對(duì)顆粒材料底面動(dòng)摩擦系數(shù)的影響。研究結(jié)果表明:（1）各級(jí)配顆粒材料的平均底面動(dòng)摩擦系數(shù)隨著運(yùn)動(dòng)時(shí)間的增加均呈線性減小趨勢(shì);（2）對(duì)于單粒徑材料,與粗顆粒相比,細(xì)顆粒具有較大的底面動(dòng)摩擦系數(shù);（3）對(duì)于雙粒徑材料,隨著細(xì)顆粒含量的增加,顆粒材料的平均底面動(dòng)摩擦系數(shù)先急劇降低至最小值（細(xì)顆粒含量≤40%）,后急劇增加（細(xì)顆粒含量40%～60%）,最終增加趨勢(shì)明顯變緩（細(xì)顆粒含量≥60%）。 

【文章來(lái)源】：工程地質(zhì)學(xué)報(bào). 2020,28(04)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

摩擦界面處的峰點(diǎn)接觸狀態(tài)以及犁溝效應(yīng)

通過(guò)式(2)推算，兩種顆粒材料的底面動(dòng)摩擦系數(shù)均呈現(xiàn)出隨時(shí)間增加而降低的變化趨勢(shì)，但變化幅度有較大差異(圖9)。工況1中細(xì)顆粒的底面動(dòng)摩擦系數(shù)介于0.320～0.337之間，降低趨勢(shì)較平緩，變化幅度小;工況2中粗顆粒的底面動(dòng)摩擦系數(shù)介于0.276～0.349之間，降低趨勢(shì)明顯較快，變化幅度大。在滑動(dòng)區(qū)間內(nèi)，粗、細(xì)兩種顆粒的動(dòng)摩擦系數(shù)曲線存在交叉，細(xì)顆粒的動(dòng)摩擦系數(shù)在早期低于粗顆粒，而在后期高于粗顆粒。在運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=0.6is時(shí)，細(xì)顆粒動(dòng)摩擦系數(shù)的最終值0.320高于粗顆粒動(dòng)摩擦系數(shù)的最終值0.276。2.2.2 雙粒徑材料

顆粒材料的底面動(dòng)摩擦系數(shù)與顆粒的尺寸及形狀、法向載荷、滑動(dòng)速度以及摩擦界面特性等各種因素有關(guān)，這就使得動(dòng)摩擦系數(shù)隨著工況條件的變化很大。目前顆粒物質(zhì)的摩擦試驗(yàn)中較多采用相同粒徑的顆粒和粗糙滑面形式，摩擦界面處的顆粒層受到來(lái)自粗糙滑面的強(qiáng)烈剪切作用，通過(guò)顆粒之間的摩擦和碰撞引起顆粒層內(nèi)部的結(jié)構(gòu)重組，從而影響顆粒材料的界面摩擦特性。在本次模型試驗(yàn)中，采用的石英砂顆粒棱角明顯，形狀不規(guī)則，顆粒之間嵌入咬合緊密，粒間摩擦作用較強(qiáng)。同時(shí)，由于傾斜板表面光滑，顆粒材料運(yùn)動(dòng)過(guò)程中底層顆粒只能受到相對(duì)較弱的剪切作用，所以試樣桶中的顆粒材料在側(cè)面整體受限的情況下，其內(nèi)部未出現(xiàn)明顯的結(jié)構(gòu)重組現(xiàn)象。根據(jù)模型試驗(yàn)結(jié)果和宏觀摩擦理論，可以認(rèn)為各工況顆粒材料底面動(dòng)摩擦系數(shù)的不同變化趨勢(shì)可能與摩擦界面處接觸峰點(diǎn)的分布特點(diǎn)有關(guān)。對(duì)于單粒徑材料，在相同的底面積條件下，細(xì)顆粒的摩擦底面具有更多的接觸峰點(diǎn)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中需要克服由犁溝效應(yīng)產(chǎn)生的更大的摩擦阻力，因而表現(xiàn)出較大的底面動(dòng)摩擦系數(shù)。對(duì)于雙粒徑材料，兩種顆粒均勻混合后，細(xì)顆粒的含量變化可以影響其在底層顆粒中的數(shù)量分布。一方面，隨著細(xì)顆粒含量的增多，摩擦界面處的接觸峰點(diǎn)增多，進(jìn)而在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生更大的摩擦阻力。另一方面，作者認(rèn)為由于粗、細(xì)兩種顆粒的粒徑差異，隨著雙粒徑材料中細(xì)顆粒含量的增加，粗顆粒與細(xì)顆粒之間存在著復(fù)雜的相互作用，由此導(dǎo)致雙粒徑材料的底面動(dòng)摩擦系數(shù)作非線性振動(dòng)變化。但是這種不規(guī)則顆粒之間的相互作用是如何引起底面動(dòng)摩擦系數(shù)的非線性振動(dòng)變化尚不得而知，有待進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。圖1 1 動(dòng)摩擦系數(shù)平均值與細(xì)顆粒百分含量的關(guān)系

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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