均匀应变颗粒材料中的剪切堵塞、脆弱与稳态

我们使用一种具有多环底部的新型库埃特剪切装置研究剪切颗粒材料的堵塞相图。该装置利用较小的基底摩擦力对由摩擦性光弹性圆盘组成的颗粒系统施加保体积极性剪切而无剪切带。由于其圆形几何结构，该装置可产生任意大的剪切应变，且剪切方向可逆，使我们能够测量区分剪切堵塞态与脆弱态的特征。我们报告了在相边界处应力、应变和接触网络结构的系统测量，这些边界传统实验技术难以触及，包括屈服应力曲线和接近 $\phi_{SJ}\approx 0.74$（支撑剪切堵塞态的最小堆积分数）的堵塞曲线。我们观察到在 $\phi < \phi_{SJ}$ 范围内大剪切应变下产生的脆弱态。我们还发现了屈服曲线上作为堆积分数函数的准静态稳态流变特性在 $\phi_{SJ}$ 附近的转变。在 $\phi_{SJ}$ 附近，平均接触数、织构各向异性和非游动粒子分数均呈现斜率变化。在 $\phi_{F}\approx 0.7$ 以上，稳态流表现出与基底线性剪切剖面的可测量偏差；在 $\phi_c\approx 0.78$ 以上，流动局部化为剪切带。