正交-响应面法在PBM细观参数标定中的应用

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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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考虑裂纹分形维数的平行黏结模型细观参数标定的神经网络模型

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作者 龚囱 戚燕顺 +4 位作者 缪浩杰 肖琦 熊良锋 曾鹏 赵奎 《岩土力学》 北大核心 2025年第1期327-336,共10页

针对试错法在平行黏结模型细观参数标定过程中存在繁琐耗时,且无法定量评价数值模拟与室内试验的裂纹匹配程度等局限性,统计并分析了近10年平行黏结模型细观参数取值范围,采用盒计数法获取了数值模拟试验、室内试验所得破坏后岩石表面... 针对试错法在平行黏结模型细观参数标定过程中存在繁琐耗时,且无法定量评价数值模拟与室内试验的裂纹匹配程度等局限性,统计并分析了近10年平行黏结模型细观参数取值范围,采用盒计数法获取了数值模拟试验、室内试验所得破坏后岩石表面裂纹分形维数。在此基础上,建立了以宏观弹性模量、宏观泊松比、峰值强度和裂纹分形维数等4个参数为输入层,黏结弹性模量、黏结法向与切向刚度比、黏结内聚力、黏结内摩擦角、黏结抗拉强度和摩擦系数等6个细观参数为输出层的神经网络模型,对比分析了考虑与不考虑裂纹分形维数时平行黏结模型细观参数标定效果。研究结果表明:(1)所建立的神经网络模型具有较好的收敛速度、预测精度与泛化性能,测试集输出数据与期望值误差约为3.34%。(2)将裂纹分形维数纳入神经网络模型后,数值模拟所得弹性模量、峰值应力与泊松比等宏观参数与室内试验结果的误差小于3.00%,优于不考虑裂纹分形维数标定结果。(3)该方法可定量保障数值模拟所得裂纹不规则性与室内试验结果的一致性,其在一定程度上可视为对现有神经网络模型细观参数标定结果的修正。研究成果可为提高平行黏结模型细观参数标定效果提供新思路。 展开更多

关键词 分形维数 颗粒流 平行黏结模型 参数标定 神经网络

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基于PFC^(3D)的空心圆柱灰砂岩宏细观参数相关性研究 被引量：3

3

作者 姜玥 邹文栋 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期78-89,共12页

为从细观层面揭示主应力量值变化并为应力主轴旋转组合条件下围岩的破坏机理研究提供一种有效的数值模拟方法,基于空心圆柱灰砂岩单轴压缩和常规三轴压缩试验特性,分别采用单因素分析法、响应曲面分析法和回归分析法,研究了离散元软件PF... 为从细观层面揭示主应力量值变化并为应力主轴旋转组合条件下围岩的破坏机理研究提供一种有效的数值模拟方法,基于空心圆柱灰砂岩单轴压缩和常规三轴压缩试验特性,分别采用单因素分析法、响应曲面分析法和回归分析法,研究了离散元软件PFC^(3D)中平行黏结模型宏细观参数的敏感性特征。结果表明:依靠单因素分析法确定出的细观参数可靠性极低,基于响应曲面分析法和回归分析法获取的细观参数在低围压下与实验室结果表现出良好的拟合性;空心圆柱灰砂岩数值模型的抗压强度σ_(c)与黏聚力k_(n)^(-)/k_(s)^(-)呈正相关;弹性模量E分别与有效黏结模量k_(n)^(-)/k_(s)^(-)、平行黏结刚度比的二次方(k_(n)^(-)/k_(s)^(-))~2呈正相关,与k_(n)^(-)/k_(s)^(-)呈负相关;泊松比v与平行黏结刚度比k_(n)^(-)/k_(s)^(-)呈正相关;剪切裂纹比α与(k_(n)^(-)/k_(s)^(-))~2呈线性相关。最后,采用迭代法对响应曲面分析法和回归分析法获取的细观参数进行了优化,优化后的数值模拟结果与实验室结果在不同围压下的试样峰值强度、变形参数和破坏形态方面吻合度较高。迭代法为PFC^(3D)中平行黏结模型的细观参数标定提供了一种有效的方法,通过这一优化方法可以简化标定步骤,提升标定结果的适用性,提高模型的准确性和可靠性。 展开更多

关键词 离散元PFC^(3D) 空心圆柱灰砂岩 平行黏结模型 细观参数标定 应力主轴旋转

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基于伯格斯混杂接触的砂质泥岩加轴压卸围压蠕变细观研究 被引量：1

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作者 李庆文 徐康康 +4 位作者 高翔 潘创创 钟宇奇 聂帆帆 高森林 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第6期44-61,共18页

为了探究不同轴-围增卸比下深部软岩蠕变特性和失稳规律,利用颗粒流程序(PFC^(2D))进行二次开发,并引入一种伯格斯-平行黏结混杂接触,建立了不同开采条件下砂质泥岩细观蠕变模型,基于已有砂质泥岩常规三轴压缩和加轴压卸围压蠕变试验验... 为了探究不同轴-围增卸比下深部软岩蠕变特性和失稳规律,利用颗粒流程序(PFC^(2D))进行二次开发,并引入一种伯格斯-平行黏结混杂接触,建立了不同开采条件下砂质泥岩细观蠕变模型,基于已有砂质泥岩常规三轴压缩和加轴压卸围压蠕变试验验证了细观模型的可靠性,并在此基础上开展了不同加轴压卸围压蠕变应力路径下砂质泥岩细观蠕变特性及能量演化规律研究。研究结果表明:3种轴-围增卸比下砂质泥岩应力-应变曲线均表现为应变硬化特征,峰值偏应力与总裂纹数随轴-围增卸比的增大而增大;设计了3种不同加轴压卸围压细观蠕变应力路径,在相同围压及其卸载速率下,随轴-围增卸比的增大,加速蠕变失稳阶段历时快速减少,轴-径应变极值的差值逐渐增大,且同阶段的轴向稳态蠕变速率也增大;随蠕变时间的增长,放顶煤和无煤柱开采的伯格斯接触占比呈先增加而后减小,保护层开采则呈先缓降后快速减小,且在同蠕变时间时,伯格斯接触占比与线性接触占比均随轴-围增卸比的增加而增长,平行黏结接触占比随轴-围增卸比的增加而下降;在相同围压及其卸载蠕变速率下,卸荷前砂质泥岩总能量以弹性能为主,卸荷后耗散能占主导地位,弹性能耗比初始阶段随轴应变的增加而呈非线性快速增长,后在前3个蠕变阶段呈“锯齿状”缓慢下降至加速蠕变阶段起始点,而后以较大速率突增,且增长速率随轴-围增卸比的增大而逐渐减小。 展开更多

关键词 砂质泥岩 PFC^(2D) 伯格斯-平行黏结接触 加轴压卸围压蠕变 弹性能耗比

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高应变率单轴压缩下岩体裂隙扩展的细观位移模式 被引量：13

5

作者 岑夺丰 黄达 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期436-444,共9页

为了研究动态荷载作用下岩体裂隙扩展机制,通过细观颗粒平行黏结模型(PBM)的模拟,分析了高应变率单轴压缩条件下单裂隙岩样的损伤演化及细观位移场。高应变率大小对岩样最终破裂形态影响不大,但随应变率的增大,细观裂纹越多且局部化程... 为了研究动态荷载作用下岩体裂隙扩展机制,通过细观颗粒平行黏结模型(PBM)的模拟,分析了高应变率单轴压缩条件下单裂隙岩样的损伤演化及细观位移场。高应变率大小对岩样最终破裂形态影响不大,但随应变率的增大,细观裂纹越多且局部化程度越强。随着裂隙倾角的增大,裂纹分叉交织越密,并在裂隙倾角≤45°和≥60°范围内分别具有相似的破裂形态。裂隙尖端翼裂纹是倾斜裂隙面相对滑移致使尖端撕裂的结果,高应变率下翼裂纹在峰后不再扩展。应变率越小,裂隙倾角越小,翼裂纹扩展的长度越长。定义了3类细观颗粒间的位移模式及其所形成的3类裂纹性质。将裂纹扩展概括为6种基本模式:翼裂纹+张拉、顺翼裂纹、反翼复合裂纹+张拉、顺翼复合裂纹+张拉、共面复合裂纹和倾斜复合裂纹,其中复合裂纹为拉剪裂纹或压剪裂纹。 展开更多

关键词 裂隙岩体 高应变率 裂纹扩展 细观力学 平行黏结模型(pbm)

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滑坡渐进破坏运动过程的颗粒流仿真模拟 被引量：26

6

作者 王宇 李晓 +1 位作者 王声星 侯文诗 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2012年第12期46-52,共7页

采用颗粒流离散元模拟滑坡的变形破坏全过程,不需要假定滑动面的位置和形状,颗粒根据所受到的接触力调整其位置,最终从抗剪强度最弱面发生剪切破坏。白河滑坡是受强降雨影响诱发的上部顺层、下部微切层的大型古基岩滑坡,滑坡的发生是其... 采用颗粒流离散元模拟滑坡的变形破坏全过程,不需要假定滑动面的位置和形状,颗粒根据所受到的接触力调整其位置,最终从抗剪强度最弱面发生剪切破坏。白河滑坡是受强降雨影响诱发的上部顺层、下部微切层的大型古基岩滑坡,滑坡的发生是其独特内外因共同作用的结果。据现场调查资料,总结了滑坡的成因与形成机制。运用基于离散元法的颗粒流(PFC)程序,引入平行粘结模型,通过数值模拟,确定滑带土细观参数与宏观力学性质的关系;据此建立滑坡模型;然后,运用颗粒流离散元法对滑坡运动渐进全过程进行数值模拟,对滑坡不同关键部位进行位移、孔隙率变化及应变监测,阐明其渐进发展过程,明确其时空演化规律。模拟结果表明:上部的土体沿基岩面先出现开裂,导致中部滑体产生剪胀,对下部古滑体产生推挤作用,导致新老崩积堆积区及白河中学食堂地区的失稳,形成整体滑动。通过对白河滑坡发生→发展→破坏的动态演化模拟,可为工程决策提供理论依据。 展开更多

关键词 滑坡 颗粒流(PFC) 数值模拟 渐进破坏 平行粘结模型

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考虑损伤的平行黏结接触模型开发及其参数影响分析 被引量：11

7

作者 刘云贺 王琦 +3 位作者 宁致远 孟霄 董静 杨迪雄 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期615-624,共10页

为研究颗粒细观接触之间的损伤、断裂过程,基于离散元颗粒流程序(PFC;),在平行黏结模型的基础之上,引入拉伸损伤变量和剪切损伤变量表征颗粒黏结键的变形、强度及能量演化特征,根据最大应力准则确定黏结键损伤起始判据,通过C++语言编程... 为研究颗粒细观接触之间的损伤、断裂过程,基于离散元颗粒流程序(PFC;),在平行黏结模型的基础之上,引入拉伸损伤变量和剪切损伤变量表征颗粒黏结键的变形、强度及能量演化特征,根据最大应力准则确定黏结键损伤起始判据,通过C++语言编程对该接触模型进行二次开发。对单一黏结键进行拉伸、剪切、弯曲及扭转测试,对比理论计算结果,验证了考虑损伤的平行黏结接触模型的计算精度;建立三维细观离散元模型,模拟砂岩单轴压缩试验和花岗岩三轴试验,表明了该模型的适用性和准确性。在此研究基础之上,对考虑损伤的平行黏结模型进行参数影响分析,结果表明:损伤演化系数对应力-应变全曲线的弹性段范围、峰值应力以及达到峰值应力后的软化速率有显著影响;对比研究了应力-应变曲线在不同阶段黏结键损伤、裂隙萌发、扩展及贯通的演化过程;进一步研究了弹性应变能和耗散能的演化规律,引入了耗散能释放率参数,阐释了损伤演化系数越大应力-应变曲线达到峰值应力后下降速率越快的原因。 展开更多

关键词 颗粒离散元 平行黏结模型 细观损伤 裂隙演化 损伤耗能

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压头作用下岩石破碎过程的细观模拟 被引量：7

8

作者 李守巨 李德 于申 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2016年第6期769-774,共6页

采用平行粘结细观本构模型,在岩石颗粒尺度上研究了压头侵入岩石的破坏过程。分析讨论了岩石材料平行粘结模型细观参数与宏观力学参数之间的映射关系。为了实现表征颗粒连接破坏模式,应用FISH语言编写一个伺服程序,检测每个颗粒连接的... 采用平行粘结细观本构模型,在岩石颗粒尺度上研究了压头侵入岩石的破坏过程。分析讨论了岩石材料平行粘结模型细观参数与宏观力学参数之间的映射关系。为了实现表征颗粒连接破坏模式,应用FISH语言编写一个伺服程序,检测每个颗粒连接的受力状态。依据所建立的颗粒连接破坏准则,并对每个颗粒连接进行破断与否的评估,实现描述颗粒连接的破坏功能。研究表明,在压头垂直压力作用下,岩石试件内形成了3条主环向拉力链,它与宏观的小主应力方向一致。环向拉力链最大影响深度随着压头压入深度的增加而增加。与此同时,出现了几条径向压力链,它与宏观的大主应力方向基本一致。岩石试件裂纹是由环向拉应力和剪应力大于颗粒平行连接胶结材料的强度引起的。 展开更多

关键词 岩石试件 破碎过程 参数估计 细观模拟 压头侵入 平行粘结模型

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Stewart平台多能域系统动力学全解建模与实验 被引量：5

9

作者 李永泉 刘天旭 +2 位作者 王立捷 张立杰 程雪利 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期404-411,共8页

围绕六自由度Stewart并联平台的多能域动力学建模展开研究。首先,采用旋量键合图建立了电动缸驱动Stewart平台机构本体动力学模型,采用传统键合图建立了伺服电动缸键合图模型,得到了该平台完整的机、电耦合的多能域系统动力学全局模型... 围绕六自由度Stewart并联平台的多能域动力学建模展开研究。首先,采用旋量键合图建立了电动缸驱动Stewart平台机构本体动力学模型,采用传统键合图建立了伺服电动缸键合图模型,得到了该平台完整的机、电耦合的多能域系统动力学全局模型。其次,给定平台末端轨迹,对比Matlab理论计算、ADAMS软件仿真以及实验实测驱动力结果,验证了Stewart平台机构本体旋量键合图模型的正确性。最后,借助理论计算得到的驱动力,由平台系统多能域动力学全解模型进一步计算得到伺服电机电流,与通过实验得到的电机电流实测值对比,验证了该平台多能域系统动力学全解模型的正确性。为后续包含驱动单元惯性参数和摩擦参数在内的动力学参数辨识以及平台控制研究奠定了基础。 展开更多

关键词 并联机构 动力学建模 旋量键合图 多能域

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爆炸载荷下混凝土坝溃坝过程的连续仿真 被引量：6

10

作者 王冰玲 刘军 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期159-162,共4页

混凝土坝在爆炸载荷下的力学行为研究是防灾减灾与防护工程领域的重要研究课题。开发了一个适合于脆性材料破坏模拟的随机网格生成算法,利用该方法把介质用四面体单元离散化,并选择离散元法中的平行粘结模型用以模拟材料的强度特征。采... 混凝土坝在爆炸载荷下的力学行为研究是防灾减灾与防护工程领域的重要研究课题。开发了一个适合于脆性材料破坏模拟的随机网格生成算法,利用该方法把介质用四面体单元离散化,并选择离散元法中的平行粘结模型用以模拟材料的强度特征。采用C++语言开发了模拟程通过用VC++调用OpenGL图形库的方式实现了模拟结果的可视化。以某一混凝土坝为实例,利用开发的随机网格生成算法建立了大坝模型,对爆炸载荷下混凝土坝的溃坝过程进行了模拟仿真。结果表明:所提出的模拟方法可以实现混凝土坝在爆炸载荷下裂纹的生成与扩展、碎块的形成与飞离等大变形与大运动的连续仿真。 展开更多

关键词 爆炸载荷 混凝土坝 溃坝模拟 离散元 平行粘结模型

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基于三维颗粒离散元法的喷射混凝土单轴抗压试验研究 被引量：6

11

作者 周立 阚呈 张志强 《混凝土》 CAS 北大核心 2017年第4期151-156,共6页

以喷射混凝土室内单轴抗压试验为基础,研究喷射混凝土单轴抗压试验的三维颗粒离散元模拟方法。根据平行黏结模型的黏结尺寸理论,将室内试验级配进行合理简化,建立三维数值力学试验模型。研究试件在数值试验中的受力全过程和细观破坏形态... 以喷射混凝土室内单轴抗压试验为基础,研究喷射混凝土单轴抗压试验的三维颗粒离散元模拟方法。根据平行黏结模型的黏结尺寸理论,将室内试验级配进行合理简化,建立三维数值力学试验模型。研究试件在数值试验中的受力全过程和细观破坏形态,得到试验数据,绘制应力-应变曲线和裂缝数-荷载步曲线,与室内试验结果进行对比分析。结果表明:利用简化模型,可提高计算速率;三维颗粒离散元单轴抗压试验模拟获得的喷射混凝土强度特性、微观裂缝的发展过程和试件破坏特点与室内试验结果吻合;三维颗粒离散元法可以描述喷射混凝土这类具有明显非连续性特征材料在单轴受压状态下的细观破坏特征,为研究其在复杂受力条件下的破坏机理奠定基础。 展开更多

关键词 喷射混凝土 三维颗粒离散法 平行黏结模型 室内试验 数值力学试验

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3-RRC型并联机器人动力学分析向量键合图法 被引量：1

12

作者 王中双 邹鹤 +1 位作者 陶洋洋 杨洪澜 《机械设计与制造》 北大核心 2016年第2期106-109,共4页

为提高空间并联机器人系统动力学分析的效率及可靠性,提出了相应的向量键合图法。根据3-RRC型并联机器人构件间的邻接关系,将空间运动刚体、空间旋转角及圆柱铰的向量键合图模型组合起来,建立了3RRC型并联机器人向量键合图模型。针对微... 为提高空间并联机器人系统动力学分析的效率及可靠性,提出了相应的向量键合图法。根据3-RRC型并联机器人构件间的邻接关系,将空间运动刚体、空间旋转角及圆柱铰的向量键合图模型组合起来,建立了3RRC型并联机器人向量键合图模型。针对微分因果关系及非线性结型结构给空间并联机器人机构自动建模与动力学分析所带来的代数困难,提出了有效的增广方法。应用相应的算法,实现了3-RRC型并联机器人系统计算机自动建模与动力学分析。通过实际算例说明了所述方法的可靠性及有效性。 展开更多

关键词 3-RRC型并联机器人 动力学建模 向量键合图 因果关系 键合图增广 铰约束

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砂岩颗粒流平行黏结模型细观参数标定方法研究 被引量：9

13

作者 黄宜胜 夏晓丹 《三峡大学学报（自然科学版）》 CAS 2021年第4期7-12,共6页

基于正交试验的细观参数标定方法,建立了平行黏结模型中砂岩材料宏细观参数之间的关系.首先设计了单轴压缩平行黏结模型的7个细观参数正交试验方案,其次对各方案进行了颗粒流数值模拟试验,最后对试验结果进行了多因素方差分析和线性回... 基于正交试验的细观参数标定方法,建立了平行黏结模型中砂岩材料宏细观参数之间的关系.首先设计了单轴压缩平行黏结模型的7个细观参数正交试验方案,其次对各方案进行了颗粒流数值模拟试验,最后对试验结果进行了多因素方差分析和线性回归分析,确定了各细观参数对宏观参数的影响及其排序,最终建立了宏细观参数之间的关系.以3组砂岩室内试验验证了所提方法的有效性.结果表明:利用标定的细观参数进行颗粒流数值试验,得到的宏观参数与室内试验结果较为吻合,表明通过正交试验设计法标定的砂岩细观参数是可靠的. 展开更多

关键词 平行黏结模型 细观参数 单轴压缩 正交试验 方差分析 回归分析

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平行黏结模型宏细观力学参数相关性研究 被引量：47

14

作者 阿比尔的 郑颖人 +1 位作者 冯夏庭 丛宇 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期1289-1301,共13页

采用变量控制法较全面地分析了各细观参数与宏观参数的定量关系,表明:弹性模量E随颗粒模量E_c、黏结模量_c、平行黏结半径乘子呈线性增长,随颗粒刚度比k_n/k_s、黏结刚度比k_n/k_s呈对数减小;泊松比则主要受k_n/k_s和k_n/k_s的影响... 采用变量控制法较全面地分析了各细观参数与宏观参数的定量关系,表明:弹性模量E随颗粒模量E_c、黏结模量_c、平行黏结半径乘子呈线性增长,随颗粒刚度比k_n/k_s、黏结刚度比k_n/k_s呈对数减小;泊松比则主要受k_n/k_s和k_n/k_s的影响,两者之间呈对数关系;颗粒键的黏结强度决定了材料的强度,室内材料黏聚力c和抗拉强度σ_t主要受法向平行黏结强度σ_c、平行黏结强度比K_σ的影响,随σ_s线性增长,随K_σ对数减小;摩擦角φ主要受颗粒摩擦系数u影响,两者呈对数关系。分析裂隙扩展特征,表明材料法向黏结强度σ_s和切向黏结强度τ_c的相对大小决定裂纹分布规律,随K_σ增大,岩样的拉破坏区域减少,而压剪破坏区域增加,破坏面由剪切破坏向共轭破坏发展;材料的强度离散性越小,岩样破坏趋于集中,破坏面明显,强度均值标准差比值K_△>3.5为宜;k_n/k_s增加,宏观破坏形式向共轭破坏发展。细观参数的选取除了匹配强度参数,同时还需要考虑破坏形式的一致,考虑多参数相互影响,建立了宏细观参数之间的经验公式,对细观参数进行优化选择,并做了实例验证。室内试验和数值模拟获得的峰值荷载、变形参数、剪切强度等数值接近,应力-应变演化规律相同,破坏形态一致,表明细观参数结果是可靠的。 展开更多

关键词 数值分析 平行黏结模型 宏观特性 细观参数 相关性

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基于平行黏结水弱化模型的页岩吸水软化离散元模拟 被引量：7

15

作者 胡训健 卞康 +5 位作者 刘建 谢正勇 陈明 李冰洋 岑越 刘振平 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期725-733,I0003,I0004,共11页

基于颗粒离散元方法,通过构建损伤因子,提出了平行黏结水弱化模型,建立了考虑胶结物力学参数的非均质性的颗粒流模型。通过室内试验和数值模拟计算结果的对比分析,验证了所提模型的正确性和适用性。主要结论如下:(1)岩石胶结物的非均质... 基于颗粒离散元方法,通过构建损伤因子,提出了平行黏结水弱化模型,建立了考虑胶结物力学参数的非均质性的颗粒流模型。通过室内试验和数值模拟计算结果的对比分析,验证了所提模型的正确性和适用性。主要结论如下:(1)岩石胶结物的非均质性对岩石宏观力学性质存在一定影响。随着均质性因子m的增加,岩石均质性增加,单轴抗压强度和弹性模量也随之增加,符合指数函数关系;(2)随着黏结面积系数的增加,岩石所储存的总应变能的总量和增速逐渐降低;(3)岩石在干燥状态下,微裂纹倾角集中于80°~100°,随着黏结面积系数的增加,微裂纹倾角的分布范围逐渐增加;(4)随着黏结面积系数的增加,岩石破裂面更为密集,且贯通性增强。研究结果可为深埋隧道遇水产生围岩大变形、库岸涉水边坡变形等问题的细观机制研究提供了一定的依据和理论指导。 展开更多

关键词 平行黏结水弱化模型 损伤因子 吸水软化 非均质性 黏结面积系数

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基于高性能离散元方法的极区浮式平台冰载荷数值分析 被引量：7

16

作者 孔帅 季顺迎 +2 位作者 季少鹏 王迎晖 刚旭皓 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2021年第5期64-70,共7页

[目的]冰载荷是极区浮式平台结构安全性分析及完整性管理的重要输入,建立快速有效的冰载荷预报技术可保障浮式平台的安全运营。[方法]基于CUDA-C并行处理技术,建立可用于海冰模拟的高性能离散元方法(DEM)。采用Voronoi分割算法生成平台... [目的]冰载荷是极区浮式平台结构安全性分析及完整性管理的重要输入,建立快速有效的冰载荷预报技术可保障浮式平台的安全运营。[方法]基于CUDA-C并行处理技术,建立可用于海冰模拟的高性能离散元方法(DEM)。采用Voronoi分割算法生成平台作业时的碎冰域,其海冰由具有黏结−失效效应的球体单元组成,且黏结单元的破碎由失效准则控制。平台结构由三角单元构成,考虑其在浮力、锚链恢复力及冰载荷共同作用下的六自由度运动。[结果]由模型计算得到,浮式结构在海冰持续作用下的总体冰载荷合理分布在实测数据范围内。[结论]极区浮式平台冰区运行时冰载荷受冰厚影响较大,应配套破冰服务以减弱其作业区域的冰情。 展开更多

关键词 浮式平台 冰载荷 离散元法 平行黏结模型

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基于球面对称设计的离散元细观参数定量确定方法 被引量：6

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作者 彭霞 饶秋华 +1 位作者 李卓 张杰 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期2801-2812,共12页

采用球面对称设计法,通过宏观参数范围确定细观参数取值范围,得到多因素球面对称设计试验表,利用试验模拟计算结果和多元回归分析,建立岩石材料颗粒流PFC2D(particle flow code 2D)的宏-细观参数关系式。采用基于宏-细观参数关系式计算... 采用球面对称设计法,通过宏观参数范围确定细观参数取值范围,得到多因素球面对称设计试验表,利用试验模拟计算结果和多元回归分析,建立岩石材料颗粒流PFC2D(particle flow code 2D)的宏-细观参数关系式。采用基于宏-细观参数关系式计算得到的PFC2D细观参数,进行单轴压缩下完整岩石的应力-应变曲线和宏观力学参数、含多裂纹岩石试件断裂轨迹的模拟计算。研究结果表明:岩石的应力-应变曲线、宏观力学参数、断裂轨迹的计算结果与试验结果较吻合,从而验证了该宏-细观参数关系式的有效性;采用球面对称设计建立PFC2D宏-细观参数关系式的方法可推广应用于其他脆性材料,可为PFC定量分析复杂荷载条件下的材料细观破坏机理提供参考依据。 展开更多

关键词 宏-细观参数关系式 颗粒流 球面对称设计法 平行黏结模型 岩石

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岩石PFC^(2D)模型细观参数确定方法研究 被引量：18

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作者 郝保钦 张昌锁 +1 位作者 王晨龙 任超 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期132-141,共10页

目前对标定方法的应用大多围绕单轴压缩试验展开,而仅通过单轴试验建立的数值模型在拉伸强度和强度包络线方面与实际试验吻合度较差。因此基于单轴压缩试验、单轴拉伸试验和三轴压缩试验,采用正交试验设计方法对平行黏结模型细观参数标... 目前对标定方法的应用大多围绕单轴压缩试验展开,而仅通过单轴试验建立的数值模型在拉伸强度和强度包络线方面与实际试验吻合度较差。因此基于单轴压缩试验、单轴拉伸试验和三轴压缩试验,采用正交试验设计方法对平行黏结模型细观参数标定方法进行了研究。利用多因素方差分析确定了模型细观参数对宏观力学指标的影响程度,并建立了宏观力学参数与细观参数之间的关系。在此基础上提出了与岩石弹性模量、泊松比、单轴抗压强度、启裂强度、拉压强度比及摩擦角相匹配的细观参数确定方法。研究结果表明:采用标定方法建立的数值模型的宏观力学参数以及单轴压缩应力-应变曲线与室内试验结果相近,能够很好地反映岩石单轴和三轴条件下的破坏模式,证明了标定方法的可行性。二维颗粒流程序PFC^(2D)对试验极限主应力关系曲线的拟合程度较差,这可能是由于平行黏结模型将形状不规则的矿物颗粒理想化为圆形颗粒,而颗粒形状可能会影响到颗粒间的咬合作用。 展开更多

关键词 正交试验 二维颗粒流程序 平行黏结模型 细观参数标定 三轴压缩试验

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预制裂隙岩样宏细观力学行为颗粒流数值模拟 被引量：16

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作者 王星辰 王志亮 +1 位作者 黄佑鹏 贾帅龙 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期86-92,共7页

为了研究双轴压缩下预制裂隙岩样宏细观力学行为及裂纹扩展模式,采用颗粒流程序(PFC)先分析平行粘结模型细观参数对宏观参数的影响,接着结合完整花岗岩常规三轴压缩试验结果对其细观参数进行标定,最后借助该组参数模拟有围压下预制裂隙... 为了研究双轴压缩下预制裂隙岩样宏细观力学行为及裂纹扩展模式,采用颗粒流程序(PFC)先分析平行粘结模型细观参数对宏观参数的影响,接着结合完整花岗岩常规三轴压缩试验结果对其细观参数进行标定,最后借助该组参数模拟有围压下预制裂隙(上裂隙①和下裂隙②)岩样的力学特性。研究表明:基于PFC程序和标定的参数能较好地模拟完整岩样的破坏情况;随着围压增大,双裂隙岩样的峰值强度和弹性模量均增大,且裂隙②与水平向夹角α2为90°时,两者均达到最大值;不同的α2下,各岩样的裂纹演化均经过裂纹萌生、发展和稳定等3个阶段;随着围压的降低和轴向应力的增大,颗粒间的力链破坏情况愈严重。由于拉伸力链的集中和分布不同,水平裂隙长度方向上的裂纹沿着轴向扩展,且两裂隙的贯通呈现不同方式。 展开更多

关键词 颗粒流程序 平行粘结模型 参数标定 双裂隙岩样 裂纹演化

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异形充填节理剪切破坏宏细观机理及强度模型 被引量：2

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作者 王刚 张振松 +3 位作者 张贤达 马明 赵程 连莲 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2020年第1期133-140,共8页

为探究异形充填节理面在剪切过程中的宏细观行为,本文基于二维颗粒流程序PFC 2D生成9种上下面不同粗糙度的充填节理面组合并进行模拟。研究结果表明:异形充填节理面宏观破坏过程中,首先是充填物两侧发生局部破坏,随后节理边缘开始出现裂... 为探究异形充填节理面在剪切过程中的宏细观行为,本文基于二维颗粒流程序PFC 2D生成9种上下面不同粗糙度的充填节理面组合并进行模拟。研究结果表明:异形充填节理面宏观破坏过程中,首先是充填物两侧发生局部破坏,随后节理边缘开始出现裂隙,最后是充填物与节理之间的黏结面发生破坏;细观破坏过程中,首先是两侧颗粒发生移动,中间颗粒由于充填物的黏结作用,位移较小,但随着剪切进行,黏结面发生破坏,试件内部颗粒位移差逐渐消失,表现为上部试件整体位移。模拟过程中异形充填节理面峰值剪切强度受两侧节理面粗糙度影响,呈现出粗糙度越接近强度越高的规律。通过简化模型改进了一种新型充填节理面峰值剪切强度公式,为下一步的研究提供了理论基础。 展开更多

关键词 异形充填节理面 颗粒流数值模拟 平行黏结模型 颗粒位移

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