铁精矿是国民经济发展中不可或缺的工业材料之一,其主要运输方式是散装海洋运输。但由于自身含水率较高,在海运中极易发生流态化,造成重大海损事故。本文利用离散元数值模拟手段,从细观尺度研究圆形耦合循环荷载下散装铁精矿动力特性。首先,构建考虑初始含水率为变量的铁精矿颗粒-流体耦合分析模块,通过前期空心圆柱扭剪试验结果进行验证;其次,探究荷载、频率以及围压等因素对非饱和铁精矿动力特性的影响;最后,分析单元体试样剪切破坏过程中的孔隙率、配位数以及接触力链等细观演化规律,研究散装铁精矿在圆形耦合循环荷载下的动力特性。本文的研究为进一步揭示铁精矿流态化机理奠定基础,为有效防控海运散装铁精矿流态化提供理论依据。主要研究成果如下:(1)考虑到铁精矿的非饱和特性,提出了引入初始含水率为变量的颗粒-流体耦合模型,并于颗粒流平台上构建了数值耦合计算框架。该模型利用测量球划分测量域,通过单独求解固相颗粒与流体相运动方程,以及改变水-气混合孔隙流体刚度,从而进行测量域内由应变诱导的孔隙流体压力以及测量域之间流体压力梯度的计算。该模型可实现不同含水率条件下的铁精矿不排水力学行为,并可调度各测量球以获取铁精矿局部孔隙压力的动态变化规律。(2)在颗粒流程序中建立了以叠片式墙体为模型边界的散装铁精矿空心圆柱单元体试样,通过控制轴向加载速度以及底部扭矩层颗粒扭矩施加方式实现了竖向-扭向圆形耦合循环荷载作用。在此基础上纳入上述含水率为变量的铁精矿颗粒-流体耦合模型,并根据前期空心圆柱试验结果对不同含水率铁精矿试样进行细观参数标定,建立不同含水率的铁精矿空心圆柱离散元试样。(3)对比分析了含水率8%与9%的铁精矿在不同荷载、振动频率以及围压等条件下的广义剪应变曲线,探讨了各因素对循环荷载下铁精矿动力特性的影响。结果表明,低动应力与低频率作用下,铁精矿含水率若超过8%,只要振动次数足够,铁精矿仍然会发生破坏;围压对铁精矿的抗液化能力有显著影响,含水率8%的铁精矿在低围压作用下可发生破坏,而9%含水率的铁精矿在拟埋深8米处的围压环境中动应变中后期增长幅度较弱,整体抗液化强度较高,流态化形成可能性低。(4)利用测量球分布模型,研究发现了含水率为8%与12%的铁精矿试样在动力加载过程中的局部孔隙率、平均配位数以及接触力链分布等细观演化规律差异显著。随着动应变的发展,含水率为8%的铁精矿局部孔隙率逐步下降,配位数上下波动且略有降低,加载后强弱接触力链分布较为均匀,形成稳定的颗粒结构体系。含水率为12%的试样孔隙率先下降后上升,配位数波动剧烈,结合测量球位置推测出约45°-50°螺旋方向出现剪切带;触力链强度逐渐减弱,强力链消失,颗粒骨架基本丧失强度。结果表明循环荷载下铁精矿试样细观演化规律与宏观力学行为联系紧密。