刘 佳¹ ，连 峰² ，刘 治² ，孔令岑¹ ，候 召¹ ，鲁嘉祺¹ ，杨 臻¹ ，张 炯¹

引用格式：

刘佳，连峰，刘治，等. 影响砂砾土堆积角形成的离散元关键参数［J］. 中国粉体技术，2025，31（1）：1-12.

DOI：10.13732/j.issn.1008-5548.2025.01.009

基金项目：国家自然科学基金项目，编号 ：52078279；国家重点研发计划项目，编号：2022YFB2601900；山东省重大科技创新项目重点研发计划，编号：2021CXGC011205。

第一作者简介：刘佳（2001—），男，硕士研究生，研究方向为土壤颗粒仿真参数表征。E-mail：2022150029@sdu. edu. cn。

通信作者简介：张炯（1980—），男，博士，教授，博士生导师，研究方向为透水路面孔隙堵塞防治技术。E-mail：jiongzhang@sdu. edu. cn。

摘要：【目的】 明确影响砂砾土堆积角形成的关键因素，分析Johnson-Kendall-Roberts（JKR）表面能、碰撞恢复系数、静摩擦、滚动摩擦系数等因素对砂砾土堆积角的影响，实现对砂砾土堆积角的精确预测。【方法】 采用Generic EDEM Mate⁃rial Model Database（GEMM）数据库获取仿真试验关键参数，并使用 Box-Behnken 中心组合设计试验方案；基于“HertzMindlin with JKR”接触模型对砂砾土进行堆积角仿真试验；利用 MATLAB函数曲线读取堆积形态轮廓线的边界颗粒坐标，拟合堆积斜面轮廓线。【结果】 实际最优因素参数组合为砂砾土颗粒间JKR表面能、滚动摩擦系数、静摩擦系数和恢复系数依次分别为0. 05 J/m²、0. 1、0. 39、0. 45； EDEM仿真试验所得砂砾土堆积角为35. 41°，与堆积角测量值（35. 11°）误差为 0. 854%，且颗粒堆积形态无明显差异。【结论】 砂砾土颗粒的 JKR 表面能和滚动摩擦系数是影响堆积角的重要因素。

Abstract

Objective To identify key factors influencing the angle of repose of gravel soil by analyzing the impact of Johnson-Kendall-Roberts （JKR） surface energy， restitution coefficient， static friction coefficient， and rolling friction coefficient， aiming to achieve a precise prediction of the angle.

Methods The Generic EDEM Material Model （GEMM） database was used to obtain key parameters for the EDEM model. A Box-Behnken central composite design was employed in the experimental scheme. Discrete element simulations of the gravel soil’s angle of repose were conducted using the Hertz-Mindlin with JKR contact model. MATLAB functions were utilized to extract the boundary particle coordinates from the pile profile and fit the slope profile.

Results and Discussion The optimal parameter combination for simulated gravel soil particles was found to be： JKR surface energy of 0. 05， rolling friction coefficient of 0. 1， static friction coefficient of 0. 39， and restitution coefficient of 0. 45. With this combination， the EDEM simulation yielded a gravel soil angle of repose of 35. 41°， with an average angular error of only 0. 854% compared to the measured value of 35. 11°. No significant difference was observed in the particle pile morphology.

Conclusion The study results indicate that JKR surface energy and rolling friction coefficient are significant factors affecting the angle of repose. These results provide valuable references for engineering applications.

Keywords：discrete element； gravel soil particle； particle reconstruction； contact model； MATLAB fitting

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