In this study, we investigate the influence of material properties on the mobility of granular flow through granular column collapse experiments using the Smooth Particle Hydrodynamics method and a continuum constitutive model capable of describing the nonlinear responses of granular materials. Numerical simulations are systematically compared with available experimental data and well-established empirical laws to validate the capability of this numerical approach for simulating the dynamics of granular flow. Based on this validation, a series of numerical experiments is conducted to investigate the effects of strength properties (i.e. friction and dilation), density and stiffness properties (i.e. Young’s modulus and Poisson’s ratio) on the run-out distance and energy evolution of granular flows, which were unclear or contradictorily reported in previous experimental studies. We found that as the friction angle increases, the material is less mobilised and hence the run-out distance is shorter. In addition, a denser state (i.e. more dilation) facilitates its mobilisation associated with a greater volume expansion during the collapse. The density and stiffness properties of granular materials, nonetheless, have negligible effects on the deposit morphology and run-out distance of granular flow. To further quantify the effects of material properties, the run-out scaling law of granular flow, which describes the relationship between the run-out distance and the initial geometry of granular columns, is analysed and shown to be significantly influenced by the friction and dilation of the materials.

中文翻译：

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材料性能对颗粒流动性的影响

在这项研究中，我们使用光滑粒子流体动力学方法和能够描述粒状材料非线性响应的连续本构模型，通过粒状柱塌陷实验研究了材料性能对粒状流动性的影响。将数值模拟与可用的实验数据和完善的经验定律进行系统比较，以验证这种数值方法模拟颗粒流动力学的能力。基于此验证，进行了一系列数值实验，以研究强度特性（即摩擦和膨胀），密度和刚度特性（即杨氏模量和泊松比）对颗粒流的跳动距离和能量演化的影响，在先前的实验研究中不清楚或矛盾地报道了这些。我们发现，随着摩擦角的增加，材料的流动性降低，因此跳动距离变短。另外，更紧密的状态（即更多的扩张）促进了它的动员，在塌陷过程中伴随着更大的体积膨胀。但是，粒状材料的密度和刚度特性对粒状流的沉积形态和跳动距离的影响可忽略不计。为了进一步量化材料特性的影响，分析了颗粒流的跳动缩放定律，该跳动定律描述了跳动距离与颗粒柱的初始几何形状之间的关系，并显示出它受到摩擦和膨胀的显着影响材料。我们发现，随着摩擦角的增加，材料的流动性降低，因此跳动距离变短。另外，更紧密的状态（即更多的扩张）促进了它的动员，从而在塌陷期间具有更大的体积膨胀。但是，粒状材料的密度和刚度特性对沉积物形态和粒状流的跳动距离的影响可忽略不计。为了进一步量化材料特性的影响，分析了颗粒流的跳动缩放定律，该跳动定律描述了跳动距离与颗粒柱的初始几何形状之间的关系，并显示出它受到摩擦和膨胀的显着影响材料。我们发现，随着摩擦角的增加，材料的流动性降低，因此跳动距离变短。另外，更紧密的状态（即更多的扩张）促进了它的动员，在塌陷过程中伴随着更大的体积膨胀。但是，粒状材料的密度和刚度特性对粒状流的沉积形态和跳动距离的影响可忽略不计。为了进一步量化材料特性的影响，分析了颗粒流的跳动缩放定律，该跳动定律描述了跳动距离与颗粒柱的初始几何形状之间的关系，并显示出它受到摩擦和膨胀的显着影响材料。较稠密的状态（即更多的扩张）有助于其动员，并在塌陷时具有更大的体积膨胀。但是，粒状材料的密度和刚度特性对沉积物形态和粒状流的跳动距离的影响可忽略不计。为了进一步量化材料特性的影响，分析了颗粒流的跳动缩放定律，该跳动定律描述了跳动距离与颗粒柱的初始几何形状之间的关系，并显示出它受到摩擦和膨胀的显着影响材料。较稠密的状态（即更多的扩张）有助于其动员，并在塌陷时具有更大的体积膨胀。但是，粒状材料的密度和刚度特性对沉积物形态和粒状流的跳动距离的影响可忽略不计。为了进一步量化材料特性的影响，分析了颗粒流的跳动缩放定律，该跳动定律描述了跳动距离与颗粒柱的初始几何形状之间的关系，并显示出它受到摩擦和膨胀的显着影响材料。对沉积物形态和颗粒流的跳动距离的影响可忽略不计。为了进一步量化材料特性的影响，分析了颗粒流的跳动缩放定律，该跳动定律描述了跳动距离与颗粒柱的初始几何形状之间的关系，并显示出它受到摩擦和膨胀的显着影响材料。对沉积物形态和颗粒流的跳动距离的影响可忽略不计。为了进一步量化材料特性的影响，分析了颗粒流的跳动缩放定律，该跳动定律描述了跳动距离与颗粒柱的初始几何形状之间的关系，并显示出它受到摩擦和膨胀的显着影响材料。