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Numerical investigation on permeability evolution behavior of rock by an improved flow-coupling algorithm in particle flow code 被引量:10
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作者 ZENG Wei YANG Sheng-qi +1 位作者 TIAN Wen-ling WEN Kai 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第6期1367-1385,共19页
Permeability is a vital property of rock mass, which is highly affected by tectonic stress and human engineering activities. A comprehensive monitoring of pore pressure and flow rate distributions inside the rock mass... Permeability is a vital property of rock mass, which is highly affected by tectonic stress and human engineering activities. A comprehensive monitoring of pore pressure and flow rate distributions inside the rock mass is very important to elucidate the permeability evolution mechanisms, which is difficult to realize in laboratory, but easy to be achieved in numerical simulations. Therefore, the particle flow code (PFC), a discrete element method, is used to simulate permeability behaviors of rock materials in this study. Owe to the limitation of the existed solid-fluid coupling algorithm in PFC, an improved flow-coupling algorithm is presented to better reflect the preferential flow in rock fractures. The comparative analysis is conducted between original and improved algorithm when simulating rock permeability evolution during triaxial compression, showing that the improved algorithm can better describe the experimental phenomenon. Furthermore, the evolution of pore pressure and flow rate distribution during the flow process are analyzed by using the improved algorithm. It is concluded that during the steady flow process in the fractured specimen, the pore pressure and flow rate both prefer transmitting through the fractures rather than rock matrix. Based on the results, fractures are divided into the following three types: I) fractures link to both the inlet and outlet, II) fractures only link to the inlet, and III) fractures only link to the outlet. The type I fracture is always the preferential propagating path for both the pore pressure and flow rate. For type II fractures, the pore pressure increases and then becomes steady. However, the flow rate increases first and begins to decrease after the flow reaches the stop end of the fracture and finally vanishes. There is no obvious pore pressure or flow rate concentration within type III fractures. 展开更多
关键词 rock mechanics fluid-solid coupling particle flow code (pfc PERMEABILITY triaxial compression
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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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结核质量分数及粒径对钙质结核土动弹性模量的影响
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作者 吴道祥 林飞 +1 位作者 吴杰 李汶修 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第7期969-974,共6页
钙质结核土具有独特的物质组成和结构,其土动力学方面的研究较少。文章开展了一系列含有不同粒径和质量分数结核的钙质结核土试样的动三轴试验,研究结核的存在对钙质结核土动弹性模量的影响。试验结果表明:随着循环次数的增加,土体动弹... 钙质结核土具有独特的物质组成和结构,其土动力学方面的研究较少。文章开展了一系列含有不同粒径和质量分数结核的钙质结核土试样的动三轴试验,研究结核的存在对钙质结核土动弹性模量的影响。试验结果表明:随着循环次数的增加,土体动弹性模量先迅速降低,而后降低幅度随动应变的增大而逐渐减小;随着结核粒径或质量分数的增大,土体动弹性模量随之增大,土体抵抗动荷载作用变形的能力越强。采用颗粒流PFC2D对钙质结核土的动三轴试验进行数值模拟,模拟结果表明在循环荷载作用下,结核明显阻滞了其周围细粒的变位,结核及其周围产生明显应力集中,形成土体“骨架”,从微观上解释了结核的存在对土体动弹性模量的影响和作用。该研究成果为钙质结核土动力学研究奠定了基础,对其他类似粗粒-细粒结构土体的动力学研究具有重要的参考价值。 展开更多
关键词 钙质结核土 循环荷载 动弹性模量 滞回曲线 颗粒流
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PFC滑坡模拟二、三维建模方法研究 被引量:29
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作者 曹文 李维朝 +2 位作者 唐斌 邓刚 李俊峰 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2017年第2期455-462,共8页
滑坡运动过程模拟避免了试验尺度与监测手段的限制,可以详细观察破坏过程,是定量评估滑坡灾变风险的重要研究手段。开展滑坡运动过程模拟的首要工作是建立滑坡模型。颗粒流程序(PFC)虽然是滑坡运动过程模拟应用最广泛的程序之一,但在建... 滑坡运动过程模拟避免了试验尺度与监测手段的限制,可以详细观察破坏过程,是定量评估滑坡灾变风险的重要研究手段。开展滑坡运动过程模拟的首要工作是建立滑坡模型。颗粒流程序(PFC)虽然是滑坡运动过程模拟应用最广泛的程序之一,但在建立滑坡模型的前处理方面较弱,使得其在滑坡运动过程模拟中的推广应用受到限制。对此,本文指出了BallBall和Ball-Wall两种建模方法的适用性、优缺点及滑体滑床边界确定方法,并以2014年地震触发的红石岩滑坡为例,以Brick填充法为基础,从获取地形数据、确定滑体和滑床区域、建立滑体和滑床几何模型、生成颗粒模型4个步骤出发,提出了基于数字等高线地形图建立PFC二、三维复杂滑坡模型的前处理方法,弥补了PFC软件前处理的不足,从而为今后基于PFC的滑坡运动过程模拟提供有益的帮助。 展开更多
关键词 离散元 颗粒流 滑坡 数值模拟
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泥石流启动过程PFC数值模拟 被引量:47
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作者 胡明鉴 汪稔 +1 位作者 陈中学 王志兵 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第S1期394-397,434,共5页
泥石流松散碎屑物质具有散粒体的基本特征,在暴雨激发下容易形成泥石流,整个过程具有散粒体大变形的特征。颗粒流理论是基于离散单元法模拟圆形颗粒介质的运动及其相互作用,在模拟颗粒相互作用和大变形问题研究方面具有显著的优越性。... 泥石流松散碎屑物质具有散粒体的基本特征,在暴雨激发下容易形成泥石流,整个过程具有散粒体大变形的特征。颗粒流理论是基于离散单元法模拟圆形颗粒介质的运动及其相互作用,在模拟颗粒相互作用和大变形问题研究方面具有显著的优越性。为分析泥石流松散碎屑物质启动形成泥石流的过程及其与土体含水率的关系,采用二维颗粒流程序(PFC2D)分析降雨作用下松散碎屑物质启动形成泥石流的过程,揭示崩滑堆积体在降雨作用下含水率超过临界值后质点运动速度和位移增加,松散碎屑物质启动并加速而导致滑坡泥石流连锁式破坏的过程和机制。 展开更多
关键词 泥石流 松散碎屑物 颗粒流 临界含水率 启动
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PFC^(3D)模型中砂土细观参数的确定方法 被引量:26
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作者 陈亚东 于艳 佘跃心 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第S2期88-93,共6页
采用理论分析和数值仿真试验相结合的方法,对砂性土的的细观参数与宏观参数间的对应关系进行了研究。在总结大量三维颗粒流数值试验结果基础上,提出了与砂土的孔隙率、内摩擦角及压缩模量等宏观力学参数相匹配的细观参数的确定方法,并... 采用理论分析和数值仿真试验相结合的方法,对砂性土的的细观参数与宏观参数间的对应关系进行了研究。在总结大量三维颗粒流数值试验结果基础上,提出了与砂土的孔隙率、内摩擦角及压缩模量等宏观力学参数相匹配的细观参数的确定方法,并给出了细观结构参数与宏观力学参数的函数关系。根据确立的砂土细观参数,建立了桩基础的三维颗粒流数值分析模型,实现了桩基础荷载–沉降特性及桩周土体位移场的仿真模拟,且模拟结果与室内模型试验具有良好的一致性,验证了细观参数确定方法及结果的可靠性。研究成果为后续的桩–土–承台细观工作性状研究工作的开展奠定了坚实的基础。 展开更多
关键词 颗粒流 数值分析 细观参数 宏观参数
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基于改进PFC流固耦合算法的页岩水力压裂裂缝扩展研究 被引量:3
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作者 刘先珊 曾南豆 +1 位作者 李涛 张立君 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期3545-3560,共16页
针对颗粒流软件PFC中传统流固耦合算法的局限性,提出使用几何图形定义流动管道替换接触定义流通管道的流固耦合分析技术,解决基本算法中因为接触破坏而流动管道失效的问题,能更准确地描述页岩破坏后裂缝的优先流效应。在此基础上,通过... 针对颗粒流软件PFC中传统流固耦合算法的局限性,提出使用几何图形定义流动管道替换接触定义流通管道的流固耦合分析技术,解决基本算法中因为接触破坏而流动管道失效的问题,能更准确地描述页岩破坏后裂缝的优先流效应。在此基础上,通过设定额外属性区分管道流和裂隙流,提出水力压裂裂缝开度的计算公式,并建立储层页岩水力压裂模型,分析不同地应力作用下的完整页岩裂缝扩展模式,验证水力压裂模型的可靠性。研究结果表明:不同地应力组合的压裂裂缝扩展模式不同,不同方向的地应力相差较大时,裂缝依然沿着最大主应力方向延伸,当层理倾角不同时,压裂裂缝以较大角度逼近层理面,且较易穿过层理面,当压裂裂缝逼近角较小时,易被层理捕获并延伸;注水压力增大时,基质裂缝迅速萌生扩展,流体流入扩展的裂缝中,压裂裂缝的延伸模式差异显著;当页岩层理密度越小时,起裂注水压力越大,但层理密度较大对裂缝延伸的阻碍效应更明显。 展开更多
关键词 水力压裂 颗粒流软件(pfc) 流固耦合 裂缝开度 裂缝扩展
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基于PFC3D的尾矿库地震稳定性模拟与分析 被引量:16
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作者 崔铁军 马云东 王来贵 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期95-99,共5页
以西辛庄尾矿库为例,研究了不同地震加速度情况下尾矿库内部结构的变形和稳定性。采用PFC3D对基岩、初期坝、尾黏土、尾粉土、尾粉砂部分进行模拟,对表现为连续体的基岩颗粒采用接触连接和平行连接,对表现为松散体的其余4部分主要采用... 以西辛庄尾矿库为例,研究了不同地震加速度情况下尾矿库内部结构的变形和稳定性。采用PFC3D对基岩、初期坝、尾黏土、尾粉土、尾粉砂部分进行模拟,对表现为连续体的基岩颗粒采用接触连接和平行连接,对表现为松散体的其余4部分主要采用接触连接。在地震动峰值加速度分别为0.1g、0.2g、0.4g、0.6g的震动波作用下,模拟了20 s内尾矿库内颗粒运动变形及边坡滑落情况。结果表明:随着震动的持续,颗粒位移从尾矿库坡底向坡顶发展;除初期坝外,尾矿库发生位移的颗粒都集中在初期坝产生被动土压力的区域(下滑区);尾矿库的破坏过程为从初期坝背侧尾粉砂部分发生位移,到初期坝破坏,再到尾粉砂边坡的整体下滑,该过程是加速的,开始于出现尾矿库边坡凹陷,停止于下滑区完全破坏。 展开更多
关键词 安全工程 矿业工程 尾矿库 地震 颗粒流 模拟与分析
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基于PFC^(2D)的镁碳质耐火材料断裂行为模拟研究 被引量:2
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作者 常庆明 程钊 +3 位作者 袁丹丹 张浩 桑绍柏 潘成刚 《武汉科技大学学报》 CAS 北大核心 2016年第4期273-277,共5页
将镁碳质耐火材料视为骨料和细粉基质组成的两相复合材料,采用基于离散元的颗粒流模拟软件PFC2D,将材料离散成刚性颗粒组成的模型,把颗粒细观参数的变化与宏观力学特性联系起来,构建镁碳质耐火材料在1000℃下的试验模型,模拟试样三点弯... 将镁碳质耐火材料视为骨料和细粉基质组成的两相复合材料,采用基于离散元的颗粒流模拟软件PFC2D,将材料离散成刚性颗粒组成的模型,把颗粒细观参数的变化与宏观力学特性联系起来,构建镁碳质耐火材料在1000℃下的试验模型,模拟试样三点弯曲的载荷-位移曲线,对材料裂纹的扩展进行分析,并通过改变摩擦系数、平行粘结刚度比、孔隙率以及平行粘结弹性模量,对比分析细观参数对载荷力峰值大小的影响情况。结果表明,采用PFC2D可准确模拟镁碳质耐火材料在三点弯曲时的断裂行为;材料的摩擦系数和平行粘结弹性模量与试样所受最大载荷力呈正比关系,而孔隙率和平行粘结刚度比与试样所受最大载荷力呈反比关系。 展开更多
关键词 镁碳质耐火材料 离散元 三点弯曲 断裂行为 细观力学 颗粒流 pfc^2D
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冲击方向影响下“天然”破裂砂岩强度特性研究
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作者 石浩 张后全 +3 位作者 宋雷 李明 林钢 陆鹏举 《工程科学与技术》 北大核心 2025年第1期274-286,共13页
研究冲击方向影响下“天然”破裂砂岩强度特性保障地下工程结构的长效稳定具有重要意义。首先通过双轴压缩模拟试验获取“天然”分布的裂隙,并分析不同围压下裂隙的分布特征;然后,对“天然”分布裂隙进行提取,对其整体旋转0、90°、... 研究冲击方向影响下“天然”破裂砂岩强度特性保障地下工程结构的长效稳定具有重要意义。首先通过双轴压缩模拟试验获取“天然”分布的裂隙,并分析不同围压下裂隙的分布特征;然后,对“天然”分布裂隙进行提取,对其整体旋转0、90°、180°及270°并移植至SHPB(split hopkinson pressure bar)颗粒流数值模型;最后,通过模拟动力加载研究“天然”破裂砂岩的冲击强度与双轴压缩强度、裂隙分布信息、冲击方向等因素之间的对应关系。结果显示:1)当双轴压缩围压较低时,试件滑移面相对清晰;随着围压的增加,滑移面的识别难度加大。2)随着双轴压缩轴压水平及围压的增加,试件冲击强度及其对应的时间基本均呈减小趋势;冲击强度大于20 MPa的试件,其应力–时间曲线在峰前弹性阶段的切线斜率基本一致。3)当冲击方向与双轴压缩最大主应力方向垂直时,裂隙数量对冲击强度的影响更显著;当冲击方向与双轴压缩最大主应力方向平行时,裂隙数量对冲击强度的影响相对较弱。4)为深入分析裂隙数量对试件冲击强度的影响,提出分布裂隙数量反值的概念;在不同冲击方向下,分布裂隙数量反值与冲击强度随试件双轴压缩强度的变化基本同步。5)冲击强度对冲击方向的依赖性与宏观破裂面具有重要关联;宏观破裂面的存在能够有效阻隔应力在试件中的传递,从而在不同冲击方向下改变冲击应力的传播路径及范围。 展开更多
关键词 冲击方向 “天然”分布裂隙 强度特性 颗粒流数值模拟 裂隙提取、旋转及移植
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类岩石材料颗粒流模型的细观参数标定方法研究——半解析查表法(SLT)
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作者 缪露莉 刘新荣 +2 位作者 傅晏 周小涵 郭雪岩 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第6期1259-1269,共11页
为了研究类岩石材料颗粒流模型的细观参数标定方法,基于CBM模型,首先进行了理论推导,而后基于大量的数值模拟获得了理论关系式中系数的拟合值,最终形成半解析查表法。研究表明:接触黏结的强度比对数值试件的细观破坏模式有重要影响;代... 为了研究类岩石材料颗粒流模型的细观参数标定方法,基于CBM模型,首先进行了理论推导,而后基于大量的数值模拟获得了理论关系式中系数的拟合值,最终形成半解析查表法。研究表明:接触黏结的强度比对数值试件的细观破坏模式有重要影响;代表性单元体与实际颗粒流模型具有相同的宏、细观参数变化规律,且各系数的理论值与拟合值基本相符;单轴抗压强度、黏聚力与接触黏结强度的较小值min(σ_(cn),τ_(cs))呈较好的线性相关;细观参数的标定是具有明确的先后顺序的。最后通过标定砂岩的细观参数来证实半解析查表法是能够用于快速的完成参数标定的。 展开更多
关键词 颗粒流(pfc) 细观参数 标定方法 类岩石材料 CBM
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崩积混合体直剪试验与PFC^(2D)数值模拟分析 被引量:20
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作者 薛亚东 刘忠强 吴坚 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第S2期587-592,共6页
通过野外崩积混合体结构特征分析,考虑原样级配,开展对崩积混合体重塑样的室内大尺度直剪试验研究,结合PFC2D颗粒离散元仿真试验,分析了不同含石量情况下崩积混合体变形与强度变化规律及内在机理。将数值试验的成果与室内试验结果进行... 通过野外崩积混合体结构特征分析,考虑原样级配,开展对崩积混合体重塑样的室内大尺度直剪试验研究,结合PFC2D颗粒离散元仿真试验,分析了不同含石量情况下崩积混合体变形与强度变化规律及内在机理。将数值试验的成果与室内试验结果进行对比分析。结果表明,随着含石量的增加,崩积混合体的应变硬化效应显著。低法向应力下崩积混合体表现为剪胀,高法向应力下则表现为剪缩;当含石量低于40%时,崩积混合体的力学性质由土体控制,超过80%以后,其力学性质基本上完全由块石控制。 展开更多
关键词 崩积混合体 直剪试验 颗粒离散元 变形 抗剪强度
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基于SRM法的直剪作用下不同随机节理倾角岩体尺寸效应研究
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作者 牙兰开 刘远明 +4 位作者 陈庆芝 王忠星 张策 王义乾 田茂亮 《水利水电技术(中英文)》 北大核心 2025年第1期217-230,共14页
【目的】旨在揭示不同倾角区间的随机节理对岩体破坏特征、抗剪强度和剪切模量尺寸效应的影响规律。【方法】利用PFC 2D离散元软件的SRM技术,结合分形理论和Monte Carlo方法,对不同尺寸、内嵌随机节理的类岩体进行数值模拟直剪试验。【... 【目的】旨在揭示不同倾角区间的随机节理对岩体破坏特征、抗剪强度和剪切模量尺寸效应的影响规律。【方法】利用PFC 2D离散元软件的SRM技术,结合分形理论和Monte Carlo方法,对不同尺寸、内嵌随机节理的类岩体进行数值模拟直剪试验。【结果】结果表明:(1)岩体抗剪强度随内嵌随机节理倾角区间的增大均呈现“S”型非线性特征,且最小值多出现在15°~30°区间,最大值均在60°~75°区间。(2)不同尺寸的内嵌随机节理倾角区间变化对岩体破坏影响效果相似。低倾角区间出现明显的优势破坏面和次优势破坏面,随着倾角区间增大,其应力集中发生向节理中部转移,两优势破坏面的优势发生转换。(3)随机节理倾角区间变化显著影响岩体抗剪强度和剪切模量的尺寸效应,且对岩体抗剪强度尺寸效应的影响大于对剪切模量尺寸效应的影响。【结论】研究了相同尺寸条件下内嵌随机节理倾角区间变化对节理岩体抗剪强度及破坏特征的影响和不同尺寸条件下内嵌随机节理倾角区间变化对节理岩体抗剪强度和剪切模量尺寸效应的影响,为岩体力学性质的预测和工程应用提供了重要的参考价值。 展开更多
关键词 SRM法 pfc 随机节理 直剪试验 尺寸效应 抗剪强度 力学性能
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心墙沥青混凝土压实PFC模拟细观参数反演 被引量:9
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作者 刘东海 赵梦麒 《河海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期53-59,共7页
为了从细观角度研究沥青混凝土心墙坝料的压实机理,构建了包含粗骨料、沥青砂浆和空隙三相的离散元模型;基于支持向量机模型(SVM)和自适应差分算法(ADE)给出了沥青混凝土心墙颗粒流PFC模型细观参数的反演方法;通过不同温度、不同压力下... 为了从细观角度研究沥青混凝土心墙坝料的压实机理,构建了包含粗骨料、沥青砂浆和空隙三相的离散元模型;基于支持向量机模型(SVM)和自适应差分算法(ADE)给出了沥青混凝土心墙颗粒流PFC模型细观参数的反演方法;通过不同温度、不同压力下的多组室内静压试验,对前述建立模型与方法进行了验证。结果表明:基于SVM建立的回归模型可以较好地反映输入样本(待反演参数)与输出样本(模拟沉降量)的对应关系;采用反演的细观参数进行PFC模拟沉降量,其结果与物理试验沉降量匹配较好。反演所得细观参数可为进一步研究沥青混凝土心墙压实质量细观机理提供条件。 展开更多
关键词 心墙沥青混凝土 压实 离散元法 细观参数 参数反演 颗粒流
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砂石颗粒阻尼器的纵振抑制研究
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作者 郭伟强 金勇 岳志恒 《噪声与振动控制》 北大核心 2025年第4期292-298,共7页
尝试将砂石颗粒阻尼器应用到船舶推进轴系纵振抑制中,采用PFC^(3D)颗粒流计算软件构建砂石颗粒阻尼器仿真模型,探究不同影响因素下砂石颗粒阻尼器能量消耗的变化规律。仿真结果表明:转速和填充比的变化对砂石颗粒阻尼器能量消耗均产生... 尝试将砂石颗粒阻尼器应用到船舶推进轴系纵振抑制中,采用PFC^(3D)颗粒流计算软件构建砂石颗粒阻尼器仿真模型,探究不同影响因素下砂石颗粒阻尼器能量消耗的变化规律。仿真结果表明:转速和填充比的变化对砂石颗粒阻尼器能量消耗均产生较大影响,激励振幅的影响较小。最后通过基于离散元仿真结果进行纵向振动抑制试验,发现砂石颗粒阻尼器在不同影响因素下对推进轴系纵向振动抑制的影响规律。试验结果表明:试验与仿真结果趋势比较吻合,即转速和质量填充比的变化对纵向振动抑制的影响较为显著,激振振幅变化的影响较小。 展开更多
关键词 振动与波 砂石颗粒阻尼 船舶推进轴系 pfc^(3D)颗粒流计算 纵向振动抑制 能量消耗
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袋装石墨尾矿承载性能及沿空留巷数值模拟研究
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作者 徐展 杜常博 +2 位作者 高健 易富 石凯龙 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期343-356,共14页
为分析袋装石墨尾矿的承载特性及破坏机理,验证袋装石墨尾矿柔性墙应用于沿空留巷的可行性。在土工袋半圆边界承载模型的理论基础上,考虑土工袋体积的变化,修正半圆边界模型公式推算;利用PFC^(2D)颗粒流程序,根据直剪试验、拉拔试验确... 为分析袋装石墨尾矿的承载特性及破坏机理,验证袋装石墨尾矿柔性墙应用于沿空留巷的可行性。在土工袋半圆边界承载模型的理论基础上,考虑土工袋体积的变化,修正半圆边界模型公式推算;利用PFC^(2D)颗粒流程序,根据直剪试验、拉拔试验确定石墨尾矿与土工布接触的细观参数,并开展袋装石墨尾矿的单轴压缩数值试验,获得不同因素下袋装石墨尾矿的应力−应变曲线,将理论计算与数值试验结果对比,验证数值参数选取的合理性,并从颗粒接触和颗粒运动趋势进一步研究土工袋堆叠体的承载机理和破坏形式;根据某煤矿沿空留巷工作面概况,通过PFC^(2D)颗粒流程序建立纵横交错、横向无缝、横纵交错、纵向无缝排列方式下袋装石墨尾矿柔性墙体,以刚性墙体的运动模拟沿空留巷中顶板的下沉,对4种不同堆叠方式的柔性墙体的承载进行分析,验证袋装石墨尾矿柔性墙体用于沿空留巷巷旁支护应用的可行性。结果表明:在承载过程中,约束形成的张力是影响土工袋承载性能的主要因素,土工袋的初步破坏发生在袋与袋的界面接触处,初步破坏后土工袋堆叠整体并未发生失稳现象,受土工袋侧面约束影响,土工袋整体可继续承载至其侧面断裂;初步破坏处的袋子主要受剪切破坏,完全破坏时土工袋内中心位置的颗粒会产生压缩固结现象;修正后的土工袋半圆边界承载模型计算结果与数值计算结果接近;4种不同排列方式中横纵交错排列方式的柔性墙承载能力最大、沉降最小,满足沿空留巷的顶板下沉位移范围以及在土工袋发生初步破坏前均满足充填体的阻力要求。提出的建模方法和结果可为土工袋柔性墙技术应用于沿空留巷的巷旁支护提供一定的参考。 展开更多
关键词 土工袋 pfc2D 石墨尾矿 数值模拟 承载能力 沿空留巷
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冻融循环下灌浆修复裂缝混凝土试件力学特性研究
17
作者 任恩重 张翔 董珑慧 《硅酸盐通报》 北大核心 2025年第6期2135-2148,共14页
寒区的混凝土工程经常会受到不同程度的冻融破坏,但目前对破坏修复后的混凝土在冻融环境中再次服役的研究较少。为研究冻融循环对不同材料灌浆修复裂缝混凝土试件力学特性的影响,本文制备裂缝混凝土试件,用普通硅酸盐水泥(OPC)和环氧树... 寒区的混凝土工程经常会受到不同程度的冻融破坏,但目前对破坏修复后的混凝土在冻融环境中再次服役的研究较少。为研究冻融循环对不同材料灌浆修复裂缝混凝土试件力学特性的影响,本文制备裂缝混凝土试件,用普通硅酸盐水泥(OPC)和环氧树脂(ERP)进行灌浆修复,对灌浆修复试件开展冻融循环试验和单轴压缩试验。借助颗粒流程序(PFC)建立不同胶结模式的模型,基于水冰颗粒相变耦合膨胀方法实现混凝土冻融循环模拟,结合室内试验研究不同冻融循环次数下试件力学特性、裂纹扩展和破坏模式的变化规律。试验结果表明:随冻融循环次数增加,灌浆修复试件的表观冻融劣化状态逐渐加重,质量表现为先增大后减小;冻融损伤在冻融后期的发展呈加速状态,ERP修复试件的抗冻性优于OPC修复试件。模拟结果表明:灌浆材料与混凝土之间的胶结性能对浆液-混凝土胶结界面层的冻融劣化程度有较大影响,进而导致试件的抗冻性产生差异;随着冻融循环次数的增加,冻融损伤的累积会使试件的主裂纹扩展路径发生变化,导致试件的破坏模式改变。灌浆材料的强度和胶结性能可以改变试件的受力状态,影响试件的裂纹扩展规律。 展开更多
关键词 混凝土 冻融循环 灌浆 修复 颗粒流程序 力学特性
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碎石土边坡桩后土拱效应演变规律及影响因素颗粒流模拟研究
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作者 赵晓彦 刘溢 +1 位作者 常经纬 陆秋 《工程地质学报》 北大核心 2025年第1期356-366,共11页
土拱作为荷载传递的重要媒介,与抗滑桩加固作用的发挥密切相关。碎石土边坡含有大量粗颗粒,有利于剪应力的传递,为土拱效应的发育提供了条件。为探究碎石土边坡桩后土拱效应成拱机理,本文采用颗粒流软件PFC^(2D)建立数值模型,基于加载... 土拱作为荷载传递的重要媒介,与抗滑桩加固作用的发挥密切相关。碎石土边坡含有大量粗颗粒,有利于剪应力的传递,为土拱效应的发育提供了条件。为探究碎石土边坡桩后土拱效应成拱机理,本文采用颗粒流软件PFC^(2D)建立数值模型,基于加载墙荷载-位移曲线的变化特点,从颗粒位移、力链结构等细观层面研究碎石土边坡桩后土拱效应的发展演变过程,并以土拱极限承载力和桩土荷载分担比为定量指标,分析了桩宽、桩间净距、颗粒尺寸和密实度对土拱效应的影响。结果表明,土拱效应的演变过程可划分为发育形成阶段、弱化阶段和失效阶段,不同阶段桩周土体位移和土拱承载力的变化特征存在明显差异。土拱破坏首先发生在拱脚处,以剪切破坏为主,在宏观上表现为相邻两侧抗滑桩受力不平衡现象显著增强。土拱极限承载力和桩土荷载分担比与桩宽、土颗粒尺寸和土体密实度呈正相关,与桩间净距呈负相关。研究成果可为碎石土边坡抗滑桩工程的优化设计提供理论指导。 展开更多
关键词 碎石土边坡 抗滑桩 土拱效应 土拱极限承载力 颗粒流
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基于PFC-CFD的土体管涌数值模拟研究 被引量:6
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作者 陈闻潇 石崇 +3 位作者 单治钢 陈亮 倪小东 李汪洋 《三峡大学学报(自然科学版)》 CAS 2021年第3期60-64,共5页
堤防工程在高水头作用下的管涌、流土现象是岩土工程中很常见的一类自然灾害,广受社会关注.为研究堤坝土体管涌破坏现象的发展过程,采用颗粒流(PFC)和计算流体力学方法(CFD),基于南京长江大堤管涌案例,建立了土体管涌数值模型,研究了管... 堤防工程在高水头作用下的管涌、流土现象是岩土工程中很常见的一类自然灾害,广受社会关注.为研究堤坝土体管涌破坏现象的发展过程,采用颗粒流(PFC)和计算流体力学方法(CFD),基于南京长江大堤管涌案例,建立了土体管涌数值模型,研究了管涌渗透流体变化规律,分析了土体孔隙度及位移随管涌发展的变化趋势.研究结果表明:基于PFC-CFD的方法能够较好地模拟堤坝管涌现象,随着管涌的发展,渗透流速不断扩大,水压力和压力梯度分布发生改变,导致土体颗粒流失量不断增加,堤坝位移增大并存在更进一步破坏的可能.研究结果可为管涌过程细观数值模拟提供参考. 展开更多
关键词 颗粒流 计算流体力学方法 管涌 数值模拟 堤坝
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基于PFC流固耦合的细观尺度混凝土水力劈裂研究 被引量:7
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作者 李刘红 杨艳 李宗利 《人民长江》 北大核心 2021年第5期191-197,共7页
针对其他数值方法模拟水力劈裂的局限性,基于PFC颗粒离散元法建立了细观尺度混凝土水力劈裂流固耦合模型。模拟中提取随机圆形骨料信息生成不规则多边形骨料三相细观模型,通过平行粘结体现界面相力学,流体域之间管流体现混凝土各相渗流... 针对其他数值方法模拟水力劈裂的局限性,基于PFC颗粒离散元法建立了细观尺度混凝土水力劈裂流固耦合模型。模拟中提取随机圆形骨料信息生成不规则多边形骨料三相细观模型,通过平行粘结体现界面相力学,流体域之间管流体现混凝土各相渗流特性,并且各相取各自的平行粘结力学及渗透参数。通过创建存储渗流管道信息的链表,确保了渗流管道孔径与颗粒间作用力的耦合关系。将改进的流固耦合模型结果与试验结果进行对比,验证了所建模型的合理性。开展不同轴压作用下的混凝土水力劈裂数值试验,得到的临界水压随轴压的增加而线性增大,且模型表现为法向张拉破坏。该细观模型为进一步研究复杂受力状态下混凝土水力劈裂的细观破坏机理提供了新途径。 展开更多
关键词 水力劈裂 颗粒离散元 混凝土 流固耦合模型 细观尺度
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