无黏结材料颗粒流模型的宏细观参数关系研究 被引量：18

1

作者 颜敬 曾亚武 +1 位作者 高睿 杜欣 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2012年第5期45-50,共6页

基于颗粒流(PFC2D/3D)模型的细观离散元方法是近些年来兴起的一种新的岩土数值计算方法,在岩土工程非连续介质领域中发挥着重要作用,但由于该类模型宏细观参数关系的复杂性,使其在实际工程应用中受到限制。在前人研究的基础上,以无黏结... 基于颗粒流(PFC2D/3D)模型的细观离散元方法是近些年来兴起的一种新的岩土数值计算方法,在岩土工程非连续介质领域中发挥着重要作用,但由于该类模型宏细观参数关系的复杂性,使其在实际工程应用中受到限制。在前人研究的基础上,以无黏结颗粒材料为例,采用4因素3水平正交试验方法设计了9类试样,并各自在3种侧压下进行双轴试验,以探求细观参数不同组合对介质宏观特性的影响,从而避免了控制变量法固定某些参数的局限,更加科学地分析了细观参量对宏观特性影响的敏感程度,并据此提出该类材料宏细观参数匹配的调整原则。最后利用人工神经网络实现了该类材料宏细观参数之间的互演计算,以供PFC模型在实际岩土工程计算时参考。 展开更多

关键词 颗粒流模型 正交试验 宏细观参数关系 神经网络算法 互演计算

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基于正交设计的颗粒流模型宏细观参数相关分析——以岩石单轴压缩数值试验为例 被引量：9

2

作者 牛林新 辛酉阳 《人民长江》 北大核心 2015年第16期53-57,71,共6页

分析颗粒流模型中宏细观参数的关系,可为细观参数的匹配提供依据。以平行黏结模型作为基本模型,以单轴压缩数值试验作为宏观参数测试方法,对数值试验进行正交设计,采用多因素方差分析研究细观参数对宏观参数的影响。结果表明:弹性模量E... 分析颗粒流模型中宏细观参数的关系,可为细观参数的匹配提供依据。以平行黏结模型作为基本模型,以单轴压缩数值试验作为宏观参数测试方法,对数值试验进行正交设计,采用多因素方差分析研究细观参数对宏观参数的影响。结果表明:弹性模量E主要受Ec(珔Ec)影响;泊松比γ主要受kn/ks(k珋n/k珋s)影响;单轴抗压强度σn主要受平行黏结强度参数σcn,τcs,SD/Mean影响;μ对宏观强度参数没有显著影响,而对宏观变形参数具有一定影响;RA只对泊松比γ存在一定影响。在此基础上,建立了针对岩石单轴压缩数值试验的细观参数匹配方法。 展开更多

关键词 岩石单轴压缩数值试验 宏观参数 细观参数 正交设计 方差分析 颗粒流模型

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负泊松比岩体颗粒流模型及模拟分析 被引量：1

3

作者 金爱兵 王凯 +1 位作者 杨振伟 孟新秋 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期3422-3428,共7页

为了从微观结构角度研究岩体特殊的负泊松比效应,基于颗粒流理论和颗粒流程序（PFC）,提出采用颗粒流数值模拟方法。从已知具有负泊松比效应的无机晶体材料出发,研究其内部特殊的微观结构,进而建立符合岩体情况的颗粒流模型。利用所生... 为了从微观结构角度研究岩体特殊的负泊松比效应,基于颗粒流理论和颗粒流程序（PFC）,提出采用颗粒流数值模拟方法。从已知具有负泊松比效应的无机晶体材料出发,研究其内部特殊的微观结构,进而建立符合岩体情况的颗粒流模型。利用所生成模型进行单轴压缩模拟试验,得出泊松比随应力的变化曲线。基于所建模型,对岩体在低荷载水平作用下的负泊松比现象机理进行分析。研究结果表明：当轴压为0～3 MPa时,岩体试样泊松比为负值,最小泊松比为-0.059。模拟结果与室内试验结果大致吻合,验证了该颗粒流模型用于研究岩体负泊松比现象的可靠性。 展开更多

关键词 岩体 负泊松比 PFC 颗粒流模型 微观结构

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基于三维流-固耦合模型的油井出砂细观机制研究 被引量：9

4

作者 刘先珊 许明 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期2363-2370,共8页

油井出砂机制的研究是提高油藏产能和石油开采成本减小的关键课题,而常规的宏观力学理论和方法不能全面反映油藏开采过程中油井出砂的发生和发展。鉴于砂岩储层的物理性质和射孔试验特征,从岩土力学的角度建立基于柱坐标系的三维颗粒流... 油井出砂机制的研究是提高油藏产能和石油开采成本减小的关键课题,而常规的宏观力学理论和方法不能全面反映油藏开采过程中油井出砂的发生和发展。鉴于砂岩储层的物理性质和射孔试验特征,从岩土力学的角度建立基于柱坐标系的三维颗粒流数值模型,与理论分析成果进行比较,以说明该细观数值模型可行性,有效地模拟出砂过程中的渗流及流-固耦合效应。在该基础上,综合考虑流体压力梯度力和拖曳力,基于PFC3D模型模拟流体不同运动时的砂岩性态。数值分析得到的模型宏观应力图形说明流体运动对砂岩力学特性的影响不可忽略,且在相同条件下,流量越大,砂岩的塑性区越大,形成砂岩破坏出砂的几率也越大。同时,不同工况的砂岩黏结分布和颗粒转动图形表明,相同条件下流量越大,颗粒间平行黏结破坏越多,颗粒转动越大,失去黏结约束的颗粒也越多,出砂量就越大,可见两种细观特征图形与宏观应力图形变化规律一致,该模型可用于油井出砂机制的研究,可为出砂量预测及出砂控制提供新的研究思路。 展开更多

关键词 柱坐标系 三维颗粒流数值模型 流-固耦合效应 出砂细观机制 细观特征

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基于颗粒流理论的颗粒材料振动流化特性研究

5

作者 孙仕 张谢东 张志华 《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》 2020年第2期383-387,共5页

为分析颗粒材料的振动流化特性,基于室内试验结果得到材料的峰值强度、振动前残余强度以及振动后残余强度,采用颗粒流模型模拟材料在剪切振动过程中的流化现象,细观分析试样在振动过程中的流化特性和振动后的力学特性.研究表明,室内试... 为分析颗粒材料的振动流化特性,基于室内试验结果得到材料的峰值强度、振动前残余强度以及振动后残余强度,采用颗粒流模型模拟材料在剪切振动过程中的流化现象,细观分析试样在振动过程中的流化特性和振动后的力学特性.研究表明,室内试验与数值试验结果吻合度较好;在剪切振动之前,根据测量模型内的局部体应变将上部剪切模型分割成三个区域,并确定了其厚度;在振动过程中,颗粒材料发生流化现象,伴有剪切强度、竖向位移以及局部体应变均减小的特性,表现出显著的应变局部化现象,颗粒体密实度增大,导致振动后抗剪强度增大. 展开更多

关键词 颗粒流模型 剪切振动流化试验 应变局部化

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狭窄型河道坝前滑坡涌浪危险性评价研究

6

作者 吴旭欣 魏慧 +2 位作者 薛旭 李屹 刘晓庆 《人民珠江》 2025年第3期46-56,共11页

针对狭窄型河道的近坝区边坡滑坡涌浪研究不足的问题,以宝兴电站为背景,利用FLOW-3D数值分析方法对不同滑坡规模条件下近坝区的涌浪传播特性、致灾特征和危险性进行分析,结果表明:滑坡体体积与涌浪首浪高度、涌浪危害程度、致灾性成正... 针对狭窄型河道的近坝区边坡滑坡涌浪研究不足的问题,以宝兴电站为背景,利用FLOW-3D数值分析方法对不同滑坡规模条件下近坝区的涌浪传播特性、致灾特征和危险性进行分析,结果表明:滑坡体体积与涌浪首浪高度、涌浪危害程度、致灾性成正比关系。正常蓄水位(1352.0 m)和校核洪水位(1348.8 m)条件下,滑体体积分别为3.5万、15.0万m3的滑坡可产生1.41、4.81 m的涌浪高,涌浪接近或超过坝顶,漫坝风险高,涌浪危险性大,可视为上述水位条件下大坝安全运行的临界滑坡体积。与相对高水位相比,相对低水位可为大方量滑体引起的涌浪提供爬升空间,建议库区滑坡灾害易发时段,降低电站运行水位以降低漫坝风险。 展开更多

关键词 滑坡涌浪 FLOW-3D 颗粒流模型 涌浪灾害 宝兴电站

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基于PFC3D模型的岩石宏细观力学参数相关性研究 被引量：8

7

作者 崔嘉慧 梁奇锋 《科技通报》 2019年第10期8-15,共8页

颗粒流模型的细观参数无法直接从室内试验获取,需对比大量数值结果与物理试验的响应进行标定。为快速、合理的确定岩石材料的细观参数,利用PFC3D模拟室内单轴试验并对结果进行回归分析,建立起单个细观参数与宏观参数间的经验公式,分析... 颗粒流模型的细观参数无法直接从室内试验获取,需对比大量数值结果与物理试验的响应进行标定。为快速、合理的确定岩石材料的细观参数,利用PFC3D模拟室内单轴试验并对结果进行回归分析,建立起单个细观参数与宏观参数间的经验公式,分析岩石颗粒流模型中宏细观参数的关系,结果表明:岩石的泊松比与Kn/ks呈幂函——数增长关系;弹性模量与Ec呈线性增长关系,与kn/ks呈幂函数减小关系;抗压强度主要受平行黏结参数σc、c和φ的影响且与它们均呈正相关关系,同时受kn/ks的影响较弱。最后给出细观参数的匹配步骤,以室内试验为基础进行细观参数标定。模拟结果与试验相近,验证了岩石单轴压缩PFC3D模拟的可行性。 展开更多

关键词 颗粒流模型 单轴压缩 细观参数 宏观参数

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基于柱坐标系的油井出砂三维数值模型设计与研究 被引量：8

8

作者 刘先珊 许明 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期871-878,共8页

根据实际储层砂岩的物性和射孔试验特征,从岩土力学的角度基于柱坐标系建立三维颗粒流(PFC3D)数值模型。综合考虑流体压力梯度力和拖曳力产生的流固耦合效应,运用几何学方法研究油井出砂过程中的砂岩模型变化。数值计算与理论分析比较... 根据实际储层砂岩的物性和射孔试验特征,从岩土力学的角度基于柱坐标系建立三维颗粒流(PFC3D)数值模型。综合考虑流体压力梯度力和拖曳力产生的流固耦合效应,运用几何学方法研究油井出砂过程中的砂岩模型变化。数值计算与理论分析比较可知流体运动效应不可忽略,两者的应力分布曲线相吻合,验证了数值模型的可行性和适用性。另外,外界条件一定时,砂岩模型的应力分布、黏结颗粒性态、颗粒位移和流体对单颗粒作用力结果显示不同的单元划分对数值计算结果的影响不大,说明该数值模型的收敛性和稳定性。由此可见,提出的三维数值模型能较好地反映砂岩出砂过程中的宏细观力学特性,为准确理解砂岩出砂的力学机理提供了重要的研究思路和研究手段。 展开更多

关键词 柱坐标系 三维颗粒流数值模型 油井出砂 流固耦合 可行性 稳定性

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考虑流固耦合效应的储层砂岩力学响应分析 被引量：1

9

作者 许明 刘先珊 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期147-152,共6页

用柱坐标系下的三维颗粒流数值方法研究储层砂岩的力学响应。通过实际颗粒级配的数值模拟与室内三轴试验对比,确定砂岩颗粒的细观力学参数,建立基于流固耦合效应的射孔试验模型。结果表明:砂岩的宏观应力反映了油藏流速对砂岩应力的增幅... 用柱坐标系下的三维颗粒流数值方法研究储层砂岩的力学响应。通过实际颗粒级配的数值模拟与室内三轴试验对比,确定砂岩颗粒的细观力学参数,建立基于流固耦合效应的射孔试验模型。结果表明:砂岩的宏观应力反映了油藏流速对砂岩应力的增幅,但均未超过储层砂岩的峰值强度,最大塑性区约为12.9 mm,显示局部化的砂岩破坏过程;胶结应力的变化表明流速大于3 m/s时,增幅明显的剪应力加速了砂岩的剪切破坏,且颗粒平动和转动加剧,说明砂岩的胶结破坏严重,离散颗粒数呈量级增大,塑性区扩大明显。考虑流固耦合效应的三维数值方法能有效反映油井出砂的力学特性,当油藏流动对砂岩起控制作用时,出砂几率显著提高。 展开更多

关键词 储层砂岩 力学响应 三维颗粒流数值模型 流固耦合效应 出砂

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直剪条件下碎石集料力学特性研究 被引量：10

10

作者 王鹏程 刘建坤 +1 位作者 李旭 田泽野 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期103-108,共6页

针对3种不同粒径的碎石集料进行垂直压力分别为50kPa、100kPa、150kPa以及200kPa的室内大型直剪试验,分析直剪条件下碎石材料的力学性能,同时利用离散元软件PFC3D建立碎石材料直剪试验的颗粒流模型;通过对比室内试验结果,对模型的细观... 针对3种不同粒径的碎石集料进行垂直压力分别为50kPa、100kPa、150kPa以及200kPa的室内大型直剪试验,分析直剪条件下碎石材料的力学性能,同时利用离散元软件PFC3D建立碎石材料直剪试验的颗粒流模型;通过对比室内试验结果,对模型的细观参数进行标定。在此基础上,分析直剪过程中碎石之间的作用力及位移的演变。结果表明:随着垂直压力的增加,碎石集料的抗剪强度也在不断增加,其抗剪强度包络线可表述为幂函数型式;所选取各级垂直压力作用下,垂直压力越小,剪胀越明显;在选定的碎石粒径范围内,相同垂直压力下的集料抗剪强度以及压缩量随着粒径的增加而增加,而表征摩擦角则减小;直剪过程中碎石材料的体应变体现出不均匀性。 展开更多

关键词 碎石集料 大型直剪试验 颗粒流模型 力学特性 细观分析

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基于PFC^(3D)的加权平均数建模法在三轴数值试验中的应用 被引量：4

11

作者 张志华 张谢东 +2 位作者 邱红胜 武林 邓雅思 《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》 2017年第2期263-267,272,共6页

基于室内三轴试验研究成果,以PFC^(3D)为工具建立三维颗粒流模型,开展三轴数值试验研究.针对大型三轴数值试验大范围粒径颗粒生成困难问题,提出了加权平均数数值建模方法,并以转动颗粒场分析手段为依据进行局部裂隙细观分析.研究表明,... 基于室内三轴试验研究成果,以PFC^(3D)为工具建立三维颗粒流模型,开展三轴数值试验研究.针对大型三轴数值试验大范围粒径颗粒生成困难问题,提出了加权平均数数值建模方法,并以转动颗粒场分析手段为依据进行局部裂隙细观分析.研究表明,加权平均数数值建模法得到的颗粒级配与室内试验颗粒级配及三轴试验结果吻合度都较好,此法有利于提高计算效率;转动颗粒场有利于三维立体模型剪切面的细观分析,将其与颗粒位移场相结合进行细观分析能更好的揭示粗粒土宏观力学及变形特性的内在机制. 展开更多

关键词 颗粒流模型 三轴试验 加权平均数颗粒生成法 转动颗粒场

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延安地区黄土挖方边坡冲蚀演化研究 被引量：2

12

作者 许锐 王广璐 +2 位作者 隋国晨 李寻昌 杨威 《铁道工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第7期1-8,共8页

研究目的:为研究黄土挖方边坡冲蚀演化过程及其规律,为复合型生态防护提供可靠依据,本文基于对延安地区黄土边坡冲蚀演化的长期观测调查,进行坡面冲蚀形态测量、冲蚀量统计,并利用颗粒流模型,分析降雨、植被等主要因素与黄土挖方边坡冲... 研究目的:为研究黄土挖方边坡冲蚀演化过程及其规律,为复合型生态防护提供可靠依据,本文基于对延安地区黄土边坡冲蚀演化的长期观测调查,进行坡面冲蚀形态测量、冲蚀量统计,并利用颗粒流模型,分析降雨、植被等主要因素与黄土挖方边坡冲蚀破坏演化过程间的耦合互馈关系。研究结论:(1)黄土挖方边坡坡面冲蚀演化有明显的阶段性,即表层侵蚀阶段、细沟阶段、坑槽阶段和冲沟阶段;(2)黄土边坡冲蚀演化各阶段既有各自阶段明显的特征,又相互制约和影响,总体呈加速扩展的趋势;(3)降雨与冲蚀量具有显著正相关性,是影响黄土边坡冲蚀破坏的关键因素,且延安地区黄土边坡冲蚀破坏和水土流失问题具有典型的季节性;(4)植被能有效改善土体的抗冲蚀性能,在边坡冲蚀演化各阶段,特别是在冲蚀演化初期,能有效减少冲蚀量;(5)本研究成果可为西北黄土边坡生态防护技术提供指导。 展开更多

关键词 黄土边坡 冲蚀演化 颗粒流模型 生态护坡

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加筋土拉拔界面作用的离散元细观模拟 被引量：15

13

作者 王家全 周健 +1 位作者 吴辉琴 徐华 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期839-845,共7页

为研究加筋土界面作用的力学响应,对离散元程序(PFC3D)进行二次开发,建立了土工格栅拉拔试验仿真模型。与室内模型试验结果进行对比,探讨了拉拔界面细观参数的演变及荷载传递机理,揭示了细观参数的演化规律及其与宏观力学性质之间的关... 为研究加筋土界面作用的力学响应,对离散元程序(PFC3D)进行二次开发,建立了土工格栅拉拔试验仿真模型。与室内模型试验结果进行对比,探讨了拉拔界面细观参数的演变及荷载传递机理,揭示了细观参数的演化规律及其与宏观力学性质之间的关系。研究结果表明:筋土界面区域成为主要的位移集中区,上界面影响厚度略大于下界面影响厚度;在筋土界面区域形成了高度的X向应力集中,沿格栅长度方向出现若干个Z向应力集中区,表明格栅横肋挤压土体,其所提供的被动承载力较为显著;在筋土界面区域,局部孔隙率随拉拔位移增大而增大,接触数减少,滑动比随拉拔位移的增加发生了激烈的跌宕起伏,界面局部位置发生剪胀,宏观上对应拉拔阻力增大,而后孔隙率慢慢减小,拉拔阻力回落。 展开更多

关键词 土工格栅 拉拔试验 颗粒流数值模型 细观参数 界面作用

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粒度分布对胶结砂岩力学特性的影响 被引量：5

14

作者 刘先珊 许明 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期142-148,共7页

储层出砂过程中砂岩颗粒的离散与其细观结构性有密切关系。以胶结砂岩为研究对象,基于三维颗粒流数值模型(PFC3D)建立4种不同粒度分布的数值模型,模拟剪切过程的砂岩力学响应,研究不同粒度分布的砂岩体应力比、体应变、配位数和黏结破... 储层出砂过程中砂岩颗粒的离散与其细观结构性有密切关系。以胶结砂岩为研究对象,基于三维颗粒流数值模型(PFC3D)建立4种不同粒度分布的数值模型,模拟剪切过程的砂岩力学响应,研究不同粒度分布的砂岩体应力比、体应变、配位数和黏结破坏与轴应变之间的关系。结果表明:粒度分布对砂岩力学特性的影响较大,仅基于随机方法产生颗粒建立的数值模型不能完全代表实际砂岩的物理结构。须根据实测的砂岩粒度分布建立三维数值模型,才能准确描述储层砂岩的力学特性。粒径越小,连接的颗粒越少,自由度越大,开采中成为离散颗粒的可能性越大。 展开更多

关键词 细观结构 胶结砂岩 粒度分布 三维颗粒流数值模型 力学特性

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新疆天池南露天矿内排土场高段排土边坡稳定性分析及排土方案 被引量：4

15

作者 王胜利 杜明翰 《露天采矿技术》 CAS 2023年第5期78-81,85,共5页

为解决新疆天池南露天矿工作帮剥离物水平较高,内排土场下部台阶容量较小,上部容量大,导致物料下运困难的难题。采用PFC2D软件用于模拟边坡,结合小尺度试验,在西帮选取2个剖面,分别计算了边坡的安全稳定性并设计排土方案。结果表明,两... 为解决新疆天池南露天矿工作帮剥离物水平较高,内排土场下部台阶容量较小,上部容量大,导致物料下运困难的难题。采用PFC2D软件用于模拟边坡,结合小尺度试验,在西帮选取2个剖面,分别计算了边坡的安全稳定性并设计排土方案。结果表明,两个剖面的安全稳定系数分别为1.223和1.235,提出建立580~550 m与370~325 m排土台阶的设计方案,用以解决物料排弃过程中存在的安全隐患。同时提出在高段排土技术运用成熟且对排土空间需求增大后,在580 m水平试行建立595 m水平45 m排土台阶。 展开更多

关键词 巨厚煤层 PFC2D软件 颗粒流模型位移 稳定性 排土方案

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