粗糙节理剪切性质的颗粒流数值模拟 被引量：46

1

作者 夏才初 宋英龙 +2 位作者 唐志成 宋英杰 寿辰 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期1545-1552,共8页

在二维颗粒流程序PFC2D中生成粗糙节理剖面并模拟其剪切性质。通过数值直剪试验,从细观角度观察节理的宏观破坏过程。作为模型试验的一种补充,可以观测到粗糙表面微凸体的剪切破坏及微裂隙发育的情况。宏观剪切区域的产生主要是由细观... 在二维颗粒流程序PFC2D中生成粗糙节理剖面并模拟其剪切性质。通过数值直剪试验,从细观角度观察节理的宏观破坏过程。作为模型试验的一种补充,可以观测到粗糙表面微凸体的剪切破坏及微裂隙发育的情况。宏观剪切区域的产生主要是由细观剪裂纹的累积形成的,剪切破坏区域集中在爬坡效应显著的位置,即剪切应力集中的区域,剪切过程中形成的剪裂纹的数量在出现剪切峰值应力后显著增加,此时粗糙节理面的破坏最为显著。颗粒流数值试验能较好地再现模型试验的结果,采用PFC2D数值试验能部分替代真实岩石试样的模型试验,将其作为一种预测真实岩石节理抗剪强度的手段,从而解决天然粗糙节理形貌难以重复的问题。 展开更多

关键词 岩石力学 节理 抗剪强度 剪切破坏 二维颗粒流程序(pfc2D)

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颗粒流程序(PFC^(2D))中阻尼参数的适用性研究 被引量：22

2

作者 周国庆 周杰 +1 位作者 陆勇 李亭 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期667-672,共6页

为克服离散元-二维颗粒流(PFC2D)程序中阻尼参数选取的任意性,通过悬臂梁的剪弯受力(静态问题)和钢球自由下落-碰撞-反弹(动态问题)的PFC2D模拟,明确了PFC2D中局部阻尼和黏性阻尼的定义及适用范围.结果表明:静态问题可采用局部阻尼,以... 为克服离散元-二维颗粒流(PFC2D)程序中阻尼参数选取的任意性,通过悬臂梁的剪弯受力(静态问题)和钢球自由下落-碰撞-反弹(动态问题)的PFC2D模拟,明确了PFC2D中局部阻尼和黏性阻尼的定义及适用范围.结果表明:静态问题可采用局部阻尼,以缩短获得稳定解的计算时间;动态问题则需采用有物理意义的局部阻尼或黏性阻尼,由钢球自由下落-碰撞-反弹PFC2D试验可知,钢球的法向黏性阻尼比为ζ=0.16.阻尼所消耗的能量(阻尼能)是一种微观能量,其变化规律反映了阻尼的作用机理,其发挥方式决定了数值模型获得稳定解的计算时间和计算结果的合理性.因此,只有选取合理的阻尼参数,才能获得与理论或实验室试验结果相吻合的颗粒流PFC2D模拟结果. 展开更多

关键词 二维颗粒流程序(pfc2D) 阻尼参数 阻尼能 静态问题 动态问题

原文传递

土石坝振动台模型试验颗粒流数值模拟分析 被引量：8

3

作者 刘汉龙 杨贵 《防灾减灾工程学报》 CSCD 2009年第5期479-484,共6页

目前一般采用振动台试验、离心振动台试验和有限元动力分析来获得土石坝在设计地震荷载作用下的形态和抗震性能。本文结合孔宪京等的土石坝振动台试验结果开展了颗粒流细观数值模拟研究,克服了传统连续介质力学的宏观连续性假设,形象而... 目前一般采用振动台试验、离心振动台试验和有限元动力分析来获得土石坝在设计地震荷载作用下的形态和抗震性能。本文结合孔宪京等的土石坝振动台试验结果开展了颗粒流细观数值模拟研究,克服了传统连续介质力学的宏观连续性假设,形象而直观地表现出坝体在动力荷载作用下的破坏特征。数值模拟规律与振动台试验规律基本一致。同时还分析了坝体颗粒粘结强度和地震峰值加速度变化对坝体破坏特征的影响。数值结果表明,当颗粒间粘结强度较低时,表现为坝体表面颗粒的滑动破坏,粘结强度稍大时,会出现局部的小块颗粒团整体滑动破坏;随着峰值加速度的增大,坝顶沉降量在增大,坝体破坏特征不变。 展开更多

关键词 土石坝 振动台试验 破坏特征 二维颗粒流程序(pfc2D) 数值模拟

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含砾滑带土三维颗粒流模型建模方法研究 被引量：21

4

作者 郑博宁 丁大勇 +2 位作者 张丹 高磊 杨捷 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2019年第3期569-576,共8页

提出了基于CT扫描技术和PFC三维颗粒流程序建立含砾滑带土三维建模方法。首先,通过CT扫描技术获得含砾滑带土三轴试样的一系列二维切片图像,采用二值化和砾石边界识别方法,得到了砾石边界点云数据;其次,利用砾石边界点云数据,采用逆向... 提出了基于CT扫描技术和PFC三维颗粒流程序建立含砾滑带土三维建模方法。首先,通过CT扫描技术获得含砾滑带土三轴试样的一系列二维切片图像,采用二值化和砾石边界识别方法,得到了砾石边界点云数据;其次,利用砾石边界点云数据,采用逆向重构得到各个砾石的三维模型;最后,将重构的三维砾石模型导入PFC三维颗粒流程序,建立颗粒流数值模型。计算结果表明:三轴剪切过程中,砾石的欧拉角随着试样剪切变形的发展而变化;与无砾石试样相比,砾石周围土体小球的运动方向更加杂乱,说明了砾石对含砾滑带土的剪切破坏有显著的影响。通过与三轴剪切试验过程中砾石的空间运动规律进行对比分析,验证了提出的建模方法是可行的。采用该方法研究砾石的空间运动特征,对于揭示砾石在含砾滑带土剪切破坏过程中的作用具有重要的意义。 展开更多

关键词 含砾滑带土 CT扫描技术 颗粒流程序(pfc) 逆向重构 三轴试验

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含交错节理岩石直剪试验颗粒流模拟 被引量：2

5

作者 郇久阳 张志强 李宁 《水利水运工程学报》 CSCD 北大核心 2018年第4期9-17,共9页

借助颗粒流程序(PFC)建立了模拟含有交错节理岩石试样破坏的几何模型,对试样宏观力学参数进行标定,在编制了伺服模块的基础上,模拟了试样在不同法向应力条件下的直剪强度变化。采用软件内置的fish语言编制了裂纹扩展过程监测模块,从细... 借助颗粒流程序(PFC)建立了模拟含有交错节理岩石试样破坏的几何模型,对试样宏观力学参数进行标定,在编制了伺服模块的基础上,模拟了试样在不同法向应力条件下的直剪强度变化。采用软件内置的fish语言编制了裂纹扩展过程监测模块,从细观角度描述了交错节理试样在直剪过程中的裂纹扩展规律和破坏模式,并通过追踪微裂纹的数量对试样破坏规律进行量化分析。结果表明,试样剪切应力-剪切位移曲线主要分为4个阶段,随着法向应力和剪裂角的增大,剪切强度线性增加。试样裂纹主要产生在节理处,表现为中间夹块和上下节理凸起破坏,剪裂角对试样破坏规模有重要影响。相比单节理试样,交错节理试样抗剪强度明显降低,破坏规律有所不同。同时进一步考虑了节理间摩擦性质差异的影响,分析发现试样节理间摩擦性越强,试样剪切强度和破坏规模越大。模拟试验结果可为复杂节理岩体力学性质的研究提供参考依据。 展开更多

关键词 交错节理 剪切强度 裂纹扩展 直接剪切试验 颗粒流程序(pfc)

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正交-响应面法在PBM细观参数标定中的应用

6

作者 张慧梅 马志敏 +1 位作者 陈世官 王赋宇 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期183-191,共9页

数值模拟作为研究岩石力学特性、再现细观裂纹演化的主要途径,已受到大量关注。现有的数值模拟参数标定方法主要为试错法及正交试验法,但二者都未能充分考虑细观参数交互作用的影响,模拟精度欠佳且宏观破坏形态与室内试验存在较大差异... 数值模拟作为研究岩石力学特性、再现细观裂纹演化的主要途径,已受到大量关注。现有的数值模拟参数标定方法主要为试错法及正交试验法,但二者都未能充分考虑细观参数交互作用的影响,模拟精度欠佳且宏观破坏形态与室内试验存在较大差异。因此,采用正交-响应面法相结合的数值分析方法,首先通过正交试验筛选出具有显著影响的平行黏结模型(PBM)细观参数,其次应用响应面法(RSM)研究其交互作用对模型试样宏观参量的影响规律,最后结合岩石宏观破坏形态提出一套PBM参数标定流程。结果表明:有效模量E*与刚度比k n/k s对弹性模量E影响显著;k n/k s、接触摩擦系数μ、最小颗粒半径R_(min)对泊松比ν影响显著;黏聚力c与法向黏结强度σc及其交互作用对单轴抗压强度UCS影响显著,应用响应面法计算分析得出的细观参数的模拟值与试验值误差绝对值小于7%,且二者应力应变曲线力学特征相似,宏观破坏形态相同,证明所提出的PBM细观参数标定流程具备科学性和可靠性。 展开更多

关键词 细观参数标定 正交-响应面法 平行黏结模型 二维颗粒流程序(pfc^(2D))

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深埋大理岩脆性破裂细观特征分析 被引量：21

7

作者 刘宁 张春生 +1 位作者 褚卫江 吴旭敏 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第A02期3557-3565,共9页

脆性材料的破裂过程与裂纹的扩展密切相关,其细观结构特征直接决定宏观力学行为表现,但目前受限于试验仪器,还无法完全把握脆性破裂的细观机制,必须将试验方法和数值方法有机结合。首先利用MTS完成大理岩的单轴和三轴压缩试验,并在试验... 脆性材料的破裂过程与裂纹的扩展密切相关,其细观结构特征直接决定宏观力学行为表现,但目前受限于试验仪器,还无法完全把握脆性破裂的细观机制,必须将试验方法和数值方法有机结合。首先利用MTS完成大理岩的单轴和三轴压缩试验,并在试验过程中对声发射信号进行全程监测,利用获得的试验数据详细分析深埋大理岩破裂特征,明确内部裂纹的发展演化规律以及对大理岩宏观力学特性的影响。通过引入颗粒流程序(PFC),借助于已经完成的单轴和三轴试验成果获得PFC计算中的颗粒参数和颗粒胶结面参数,利用BPM模型模拟脆性岩石的破坏。结果表明,PFC能够从细观尺度准确地再现深埋大理岩试验过程中的裂纹扩展和破裂特征,并且能够展现在实际试验过程中无法监测和获得的有价值的细观破坏特征,为描述脆性岩石的破裂特征和复杂力学行为提供可以依赖的描述方法。 展开更多

关键词 岩石力学 大理岩 破裂 细观 颗粒流程序(pfc)

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深埋隧洞开挖损伤区的检测及特征分析 被引量：22

8

作者 刘宁 张春生 褚卫江 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第S2期526-531,538,共7页

隧洞开挖以后围岩会出现损伤,并在洞周形成开挖损伤区,在损伤区范围内声波波速会出现衰减。针对锦屏二级水电站3#引水隧洞在隧道掘进机(TBM)开挖过程中可能形成的损伤区,首先利用数值方法探讨了损伤区的分布特征,通过监测特征点在开挖... 隧洞开挖以后围岩会出现损伤,并在洞周形成开挖损伤区,在损伤区范围内声波波速会出现衰减。针对锦屏二级水电站3#引水隧洞在隧道掘进机(TBM)开挖过程中可能形成的损伤区,首先利用数值方法探讨了损伤区的分布特征,通过监测特征点在开挖过程中的应力路径,确定了特征点的应力状态和可能出现声波波速衰减的部位。在此基础上确定了对声波钻孔的布置方案,并利用单孔声波检测方法确定了损伤区深度。为了实现颗粒流程序PFC对损伤区的模拟,通过三轴压缩试验确定了PFC的细观参数。最后利用PFC描述了损伤区的分布,分析了损伤局部化特征和损伤程度的变化。结果表明PFC的模拟结果和检测结果具有较好的一致性,能够实现对损伤区特征的准确描述。研究成果对损伤区的检测和支护优化设计具有指导意义。 展开更多

关键词 深埋隧洞 损伤区 声波检测 颗粒流程序(pfc)

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扩底桩承载特性离散元对比分析 被引量：1

9

作者 李飞 杨俊杰 +1 位作者 孙涛 宋建东 《合肥工业大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2021年第9期1227-1236,共10页

文章利用室内半模试验和颗粒流理论对比分析多层土地基扩底单桩与群桩的抗压、抗拔承载特性及变形特征,并对比分析了扩底桩的荷载-位移曲线。结果表明,群桩的抗压、抗拔承载能力均大于单桩。抗压群桩桩间距从1.125 D(D为扩大头直径)增加... 文章利用室内半模试验和颗粒流理论对比分析多层土地基扩底单桩与群桩的抗压、抗拔承载特性及变形特征,并对比分析了扩底桩的荷载-位移曲线。结果表明,群桩的抗压、抗拔承载能力均大于单桩。抗压群桩桩间距从1.125 D(D为扩大头直径)增加到2.250D时,荷载增长率为4.39%;超过2.250 D后荷载增长率趋缓,在1/2极限荷载作用下,群桩桩顶位移比单桩大0.37 mm,而承载力比单桩增加了46.59%;极限荷载作用下,桩顶位移基本一致,群桩的极限承载力比单桩极限承载力大266 N。抗拔群桩间距分别为1.125 D、1.250D、1.750D、2.250D时,与相同持力层厚度单桩相比,其抗拔极限承载力分别增加40.94%、59.38%、87.11%、88.57%。抗压单桩和群桩桩身轴力沿着桩身深度的增加方向均呈现凸曲线减小趋势。桩身深度相同的情况下,从细观角度分析揭示了群桩综合承载能力大于单桩。 展开更多

关键词 扩底桩 竖向承载特性 多层土地基 颗粒流程序(pfc)

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单轴压缩条件下含三叉裂隙类岩石试样力学特性的细观研究 被引量：32

10

作者 李露露 高永涛 +1 位作者 周喻 金爱兵 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期3668-3676,共9页

三叉裂隙是自然界普遍存在的一种岩体缺陷形式,其对岩体的力学特性有重要影响。对含预制三叉裂隙的水泥砂浆试样进行室内单轴压缩试验,配合使用摄像机拍摄裂纹的起裂、扩展、贯通过程,通过数字图像技术处理获取试样的应变场云图,并结合P... 三叉裂隙是自然界普遍存在的一种岩体缺陷形式,其对岩体的力学特性有重要影响。对含预制三叉裂隙的水泥砂浆试样进行室内单轴压缩试验,配合使用摄像机拍摄裂纹的起裂、扩展、贯通过程,通过数字图像技术处理获取试样的应变场云图,并结合PFC2D程序研究不同?、?条件下试样的强度特征、裂纹模式和裂纹演化扩展规律。研究表明:三叉裂隙对试样单轴抗压强度有明显的削弱作用。当?恒定为120°时,试样在?=30°时达到最大抗压强度;当?恒定为90°时,随?增大,试样抗压强度呈先减小后增大的趋势,且当?=45°时达到最大抗压强度。试样产生的裂纹可分为3类,分别是张拉型裂纹(Ⅰ型裂纹)、剪切型裂纹(Ⅱ型裂纹)、混合型裂纹(Ⅲ型裂纹)。这3类裂纹通常从裂隙尖端开始产生,并且Ⅰ型裂纹沿加载方向扩展,通常未扩展至试样边界;Ⅱ型和Ⅲ型裂纹通常与加载方向呈一定角度扩展至试样边界。通过对裂纹的几何形态和组成宏观裂纹的微裂纹成分的分析,得知导致含三叉裂隙试样在单轴压缩条件下失效的是张拉破坏。数字图像技术得到的应变云图表明,当载荷达到一定阶段,裂隙尖端出现应力集中,微破裂开始发育并聚集成微破裂区,微破裂区扩大产生宏观裂纹。通过对主应变和剪应变云图分析,发现导致试样失效的是张拉破坏,剪应变在裂纹扩展过程中的影响较小。 展开更多

关键词 岩石 三叉裂隙 单轴压缩 颗粒流程序(pfc) 数字图像技术

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带流槽侧壁卸料动态超压及流态的PFC^(3D)数值模拟 被引量：14

11

作者 原方 庞焜 +1 位作者 董承英 徐志军 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2016年第B06期301-305,共5页

该文研究一种带流槽侧壁卸料筒仓,该筒仓具有缓解动态超压、基本实现分层有序自动卸料、节约能源等优点。利用PFC^(3D)建立与试验条件相同的三维颗粒流数值模型,模拟静、动态侧压力的大小及分布规律,计算出动态超压系数,并与试验结果进... 该文研究一种带流槽侧壁卸料筒仓,该筒仓具有缓解动态超压、基本实现分层有序自动卸料、节约能源等优点。利用PFC^(3D)建立与试验条件相同的三维颗粒流数值模型,模拟静、动态侧压力的大小及分布规律,计算出动态超压系数,并与试验结果进行对比分析。结果表明:卸料口对侧仓壁动态压力较大;最大超压系数达1.4,在所考虑的三列测墙中共有3个位置达到此峰值,其中2个位置发生在卸料口对侧仓壁,而另一个位置发生在距卸料口成90°的仓壁。卸料口对侧仓壁出现2个峰值,一个在筒仓上部0.2 m处,而另一个在筒仓下部0.8 m处;模拟贮料流态和试验吻合较好。 展开更多

关键词 工程力学 带流槽侧壁卸料筒仓 散体 动态压力 三维颗粒流程序(pfc^3D)

原文传递

改进的PFC流固耦合模型及其储层页岩渗透破坏模拟研究

12

作者 刘先珊 曾南豆 +4 位作者 张立君 侯泽林 潘玉华 郝梓宇 李涛 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期467-482,共16页

深入研究储层页岩的裂缝扩展及其渗透性演化过程是有效确定储层页岩气采收率的关键.基于颗粒流离散元法(PFC)软件,针对PFC经典流固耦合算法的局限性,提出使用几何图形替换接触定义流体流动管道的流固耦合分析方法,解决经典算法中因为接... 深入研究储层页岩的裂缝扩展及其渗透性演化过程是有效确定储层页岩气采收率的关键.基于颗粒流离散元法(PFC)软件,针对PFC经典流固耦合算法的局限性,提出使用几何图形替换接触定义流体流动管道的流固耦合分析方法,解决经典算法中因为接触破坏而导致流动管道失效的问题,能更真实地描述页岩破坏后的裂缝优先流效应.建立基于改进流固耦合算法的层理页岩颗粒流模型,分析荷载作用下页岩渗流过程中的孔隙压力和流量演化规律,对比试验结果以验证其算法的合理性.进一步研究了不同围压组合渗透压的页岩渗透特性,其结果表明:层理倾角对页岩初始渗透率的影响显著,围压一定时,其初始渗透率随层理倾角增加而增大,围压越小则影响程度越大;渗透压一定时,初始渗透率随围压增大而减小.最后,深入研究了不同围压组合渗透压的页岩破坏模式,显示不同荷载组合下的裂缝形态差异显著,高围压高渗透压下的页岩破坏微裂缝多,以X型剪切破坏或拉-剪混合破坏为主,而低围压低渗透压下的页岩破坏大多沿层理面形成剪切破坏.以上成果可为水力压裂诱发储层页岩损伤破裂的渗流通道形成及其渗透性演化提供科学依据和技术支持. 展开更多

关键词 颗粒流程序(pfc) 流动结构 渗透率 逾渗 损伤 流固耦合 破坏模式

原文传递

脆性岩体破裂扩展时间效应对引水隧洞长期稳定性影响研究 被引量：15

13

作者 崔臻 侯靖 +1 位作者 吴旭敏 褚卫江 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期983-995,共13页

对于锦屏二级引水隧洞，脆性岩体破裂损伤发展的时间效应已从现场围岩破坏情况及多种监测仪器长期监测数据中得到反映，成为影响引水隧洞长期稳定性的控制因素。为系统研究这一问题，针对锦屏二级引水隧洞沿线所占比例最大的岩层之一—... 对于锦屏二级引水隧洞，脆性岩体破裂损伤发展的时间效应已从现场围岩破坏情况及多种监测仪器长期监测数据中得到反映，成为影响引水隧洞长期稳定性的控制因素。为系统研究这一问题，针对锦屏二级引水隧洞沿线所占比例最大的岩层之一——白山组大理岩，在论述岩体破裂扩展时间效应的现场体现的基础上，进行破裂时效室内试验，得到破裂时效拟合式和临界驱动应力比；继而采用CPM模型建立可以考虑脆-延-塑转换特征的白山组大理岩数值试样，标定其微观参数，并进行室内破裂扩展试验的PFC模拟；最后，首次对工程尺度的引水隧洞进行破裂扩展时效的PFC模拟，研究不同岩性、不同埋深下，在100 a运行期内引水隧洞围岩的破裂情况。结果表明，室内试验中破坏时间的增加和荷载的降低呈现出较明显的指数非线性关系，且亚临界裂纹开始扩展，具有一个门槛值（定义为临界驱动应力比），对于白山组大理岩此应力比为0.492。采用CPM模型标定的PFC短期细观参数可较好反映锦屏白山组大理岩试样的三轴压缩应力-应变曲线及屈服破坏特征表现出的明显围压相关性，低围压下裂纹数目随围压增加明显，高围压下增加速度减缓，且拉裂纹在高围压下数目不再随围压增高而增加。数值试验中发现轴向应变和裂纹数目发展均表现出明显的蠕变三阶段特征。随着驱动应力比减少，由蠕变产生的应变量值是增加的。侵蚀裂纹的发展也符合蠕变三阶段特征，驱动应力比越小，侵蚀裂纹数目基本线性增加，但侵蚀裂纹发展速率呈指数减少。在开挖完成100 a后，II类大理岩岩体中引水隧洞的破裂区最大范围为2.1～3.1 m，III类大理岩为3.3～4.5 m，引水隧洞的长期稳定性可以得到较好保障。 展开更多

关键词 岩石力学 脆性岩体 引水隧洞 破裂扩展时效 颗粒流程序(pfc) 应力侵蚀

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