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颗粒离散元法研究进展 被引量:261
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作者 徐泳 孙其诚 +1 位作者 张凌 黄文彬 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2003年第2期251-260,共10页
回顾了颗粒离散元法(DEM)的发展过程.综述了该方法的理论和各种颗粒作用模型,包括各种实用的干颗粒DEM模型和研究中的湿颗粒建模的进展;介绍了国内外颗粒离散元法模拟的成就以及离散元法与其他数值方法结合的扩展性研究的进展.最后指出... 回顾了颗粒离散元法(DEM)的发展过程.综述了该方法的理论和各种颗粒作用模型,包括各种实用的干颗粒DEM模型和研究中的湿颗粒建模的进展;介绍了国内外颗粒离散元法模拟的成就以及离散元法与其他数值方法结合的扩展性研究的进展.最后指出了存在的问题,并对发展动向进行了预测. 展开更多
关键词 研究进展 颗粒离散元法 散体细观力学 接触模型 连续体力学 颗粒流动
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基于颗粒离散元法的锚固节理剪切行为宏细观研究 被引量:16
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作者 王刚 袁康 +3 位作者 蒋宇静 石永奎 陈连军 韩作振 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期2381-2389,共9页
为了研究锚固节理岩体的破坏特点及锚固机理,基于颗粒离散元法利用修正的锚杆双线性本构模型对有锚和无锚节理面在不同边界条件下进行了宏观研究,并对锚固节理试件内部颗粒之间接触力和颗粒旋转弧度等的演化过程进行了细观研究。研究结... 为了研究锚固节理岩体的破坏特点及锚固机理,基于颗粒离散元法利用修正的锚杆双线性本构模型对有锚和无锚节理面在不同边界条件下进行了宏观研究,并对锚固节理试件内部颗粒之间接触力和颗粒旋转弧度等的演化过程进行了细观研究。研究结果表明:1压剪作用下锚固节理块体中处于拉伸状态的锚杆对节理面施加了一个附加的法向应力,从而提高了节理面的黏聚力;随着法向应力的增加,锚杆对节理面峰值剪切强度的贡献越来越小,在宏观上揭示了加锚节理岩体的锚固机理。2压剪荷载和边界位移约束共同作用下,锚固节理试件内部颗粒间接触力和颗粒自身位置不断演化并重新分布,在锚杆周围以及节理面凸起处产生较高的接触压力并在锚杆与节理面交叉处发生较大的颗粒旋转弧度,进而导致压致拉裂纹的产生以及颗粒旋转导致的剪切裂纹的萌生,从细观层面揭示了锚固节理岩体的破坏特点。 展开更多
关键词 锚固节理 颗粒离散元法 剪切试验 接触力 颗粒旋转弧度 细观裂纹
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边坡稳定性强度折减颗粒离散元法分析的细观参数标定策略 被引量:11
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作者 江巍 闫金洲 +2 位作者 欧阳晔 刘立鹏 郑宏 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期50-60,共11页
根据岩土体力学指标标定颗粒细观参数是应用颗粒离散元解决岩土工程问题的一项基础工作。利用颗粒离散元法执行边坡稳定性强度折减法分析时,岩土体抗剪强度随折减系数变化不断调整,使用试算法标定颗粒细观参数效率严重不足。为解决此问... 根据岩土体力学指标标定颗粒细观参数是应用颗粒离散元解决岩土工程问题的一项基础工作。利用颗粒离散元法执行边坡稳定性强度折减法分析时,岩土体抗剪强度随折减系数变化不断调整,使用试算法标定颗粒细观参数效率严重不足。为解决此问题,采用国产颗粒离散元软件MatDEM,以颗粒细观参数为输入,以岩土体抗剪强度指标为输出,构建超定BP神经网络,开发双轴压缩数值模型并行试验技术,加速神经网络样本数据的获取过程,重复执行“逆向标定—精度检查—样本修正”以实现颗粒细观参数的逆向迭代修正标定。结果表明:该策略的精度明显优于直接以抗剪强度指标为输入、以颗粒细观参数为输出的欠定BP神经网络,标定的颗粒细观参数与抗剪强度目标高度匹配,数值试验结果与目标值相比误差可控制在不超过1%的范围内。采用澳大利亚计算机应用协会(ACADS)的均质土质边坡和堆石坝等两个边坡稳定性分析经典考题,以模型平均位移突变为极限状态判据执行强度折减法分析,检验该策略的应用效果。结果显示:该策略的标定能力可满足抗剪强度不断调整时颗粒细观参数重新设定的需要,安全系数计算结果与ACADS推荐解具有良好可比性。该策略可为MatDEM及其他颗粒离散元程序执行边坡稳定性强度折减法分析时颗粒细观参数标定提供可靠途径。 展开更多
关键词 颗粒离散元法 强度折减法 细观参数 BP神经网络 MatDEM
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基于颗粒离散元岩石模型的熵变规律研究 被引量:2
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作者 宿辉 高轩 +2 位作者 胡宝文 袁周祥 李文星 《水电能源科学》 北大核心 2018年第6期106-109,共4页
以岩石单轴压缩试验为基础,借助离散元软件PFC 2D建立岩石破坏的数值模型,将熵变曲线与试样的应力应变曲线、裂缝数量及能量曲线等进行对比分析,以便研究岩石破坏时的熵变规律。结果表明,岩石在破坏过程中,微裂隙的产生会造成熵值的下降... 以岩石单轴压缩试验为基础,借助离散元软件PFC 2D建立岩石破坏的数值模型,将熵变曲线与试样的应力应变曲线、裂缝数量及能量曲线等进行对比分析,以便研究岩石破坏时的熵变规律。结果表明,岩石在破坏过程中,微裂隙的产生会造成熵值的下降;岩石在峰值应力点破坏时,熵值曲线会有明显的下降趋势;在不同围压条件下,高围压试样的初始熵值较高。因此,以熵变规律分析岩石的破坏过程,对岩石的破裂演化具有诊断评价和辅助判断的作用。 展开更多
关键词 单轴压缩 颗粒离散元法 岩石模型 围压
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滑坡-碎屑流冲切铲刮效应的颗粒离散元模拟 被引量:6
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作者 陆鹏源 杨兴国 +2 位作者 邵帅 张仕林 周家文 《水利水电技术》 CSCD 北大核心 2018年第7期19-27,共9页
滑坡-碎屑流运动沿程冲切铲刮作用对滑坡运动性态(如速度、体积、物质组成等)具有重要影响,如何更好的进行模拟是滑坡动力过程分析的重要技术难题。在室内滑坡-碎屑流物理模型试验的基础上,采用三维颗粒流程序(PFC3D)对滑坡-碎屑流运动... 滑坡-碎屑流运动沿程冲切铲刮作用对滑坡运动性态(如速度、体积、物质组成等)具有重要影响,如何更好的进行模拟是滑坡动力过程分析的重要技术难题。在室内滑坡-碎屑流物理模型试验的基础上,采用三维颗粒流程序(PFC3D)对滑坡-碎屑流运动过程中对松散基底物质的冲切铲刮效应进行数值模拟,重点分析滑坡方量和滑落高度、基底厚度和强度以及地形坡度等因素的影响。结果表明:随着滑坡方量与滑落高度的增大,铲刮能量增加、铲刮作用时间延长,从而增强了铲刮效应;基底厚度的减小与地形坡度的增加均会引起基底物质稳定性降低,从而在同等条件下更易于被冲切铲刮;颗粒离散元方法是滑坡运动模拟分析的一种有效手段,模拟结果对于更好的理解滑坡运动冲切铲刮效应具有重要意义。 展开更多
关键词 滑坡-碎屑流 运动性态 铲刮效应 颗粒离散元法 数值模拟
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建筑结构倒塌破坏的数值模拟方法综述 被引量:8
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作者 颜敬 曾亚武 +1 位作者 罗荣 高睿 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期408-414,共7页
对建筑结构倒塌破坏的数值模拟方法进行了综述,可归纳为预设损伤与破坏准则、隐式有限元、显式有限元、颗粒离散单元法等4类,分别就其发展历史和实际应用过程中存在的若干缺陷和问题进行探讨。根据颗粒离散元法的基本原理与特点,以某3... 对建筑结构倒塌破坏的数值模拟方法进行了综述,可归纳为预设损伤与破坏准则、隐式有限元、显式有限元、颗粒离散单元法等4类,分别就其发展历史和实际应用过程中存在的若干缺陷和问题进行探讨。根据颗粒离散元法的基本原理与特点,以某3跨10层的高层框架结构为算例,建立颗粒流模型,基于PFC2D软件编写程序,模拟该结构在突遭水平强击作用下从构件裂纹扩展、断裂、失效、退出工作、结构局部性坍塌一直到整体倒塌的全部动态过程,表明颗粒离散元法可对二维、三维倒塌过程中存在的大量非线性问题进行处理,与其他方法相比较具有较大优势。 展开更多
关键词 爆炸力学 结构倒塌 颗粒离散元法 水平冲击
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基于DEM的碎屑流运动特性数值模拟 被引量:10
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作者 赵川 付成华 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2017年第2期43-47,共5页
采用颗粒离散元法建立了碎屑流三维数值模型,分别从整体和局部对碎屑流运动特性进行深入分析。结果表明:碎屑流的运动过程可分为启动加速、高速滑动和减速堆积3个阶段;边坡底面平整时,堆积体中大颗粒堆积在表面,而细小颗粒位于中下部位... 采用颗粒离散元法建立了碎屑流三维数值模型,分别从整体和局部对碎屑流运动特性进行深入分析。结果表明:碎屑流的运动过程可分为启动加速、高速滑动和减速堆积3个阶段;边坡底面平整时,堆积体中大颗粒堆积在表面,而细小颗粒位于中下部位;碎屑流运动速度和能量损失受颗粒间的接触碰撞影响大;碎屑流不同部位运动速度最大值相同,达到速度峰值的时间与颗粒的初始水平位置有关,与深度无关;堆积体分区明显,堆积体中的颗粒按初始水平位置依次排布;坡脚位置堆积深度最大,往两侧逐渐减小;碎屑流在运动初期和末期横向运动明显,扩大了灾害影响范围。 展开更多
关键词 碎屑流 三维颗粒离散元法 碰撞接触 堆积体 数值试验
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高频振动贯入灌注桩套管土塞效应的数值分析 被引量:1
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作者 郭力群 王磊 陈福全 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第1期47-54,共8页
为探讨大直径灌注桩套管在高频振动贯入时管端土塞效应的形成机理,采用三维颗粒离散元法进行了数值仿真分析,研究了贯入过程中套管内、外土颗粒的位移、速率与接触应力、土塞高度、孔隙率和土体剪应力的变化.仿真结果表明:高频激振力越... 为探讨大直径灌注桩套管在高频振动贯入时管端土塞效应的形成机理,采用三维颗粒离散元法进行了数值仿真分析,研究了贯入过程中套管内、外土颗粒的位移、速率与接触应力、土塞高度、孔隙率和土体剪应力的变化.仿真结果表明:高频激振力越大,套管贯入深度越大,相应地管内土塞高度也越大,且超孔隙水压波动的最大幅度和幅值越大;土塞上部孔隙率较大,下部土体较密实.在高频振动贯入过程中,套管端沉入处的超孔隙水压幅值最大,同一时刻土塞内的超孔隙水压随深度增大;管内土颗粒在振动开始时以较小幅度上移;套管端部颗粒接触数目随贯入深度和振动频率的增大而增多,且接触应力和土体剪应力比其他区域大. 展开更多
关键词 高频振动 套管 土塞效应 颗粒离散元法 数值模拟
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TBM滚刀刃形对刀-岩接触损伤行为影响机理研究 被引量:3
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作者 勾斌 段文军 +1 位作者 莫继良 张蒙祺 《重庆理工大学学报(自然科学)》 CAS 北大核心 2022年第12期269-280,共12页
使用颗粒流离散元-有限差分混合模型对全断面隧道掘进机(TBM)盘形滚刀破岩过程进行了数值仿真研究,针对工程实际中最常用的2种刃形的TBM滚刀,即平顶滚刀和圆顶滚刀,探究了滚刀截面形状(即刃形)对刀-岩接触损伤行为产生影响的机理和规律... 使用颗粒流离散元-有限差分混合模型对全断面隧道掘进机(TBM)盘形滚刀破岩过程进行了数值仿真研究,针对工程实际中最常用的2种刃形的TBM滚刀,即平顶滚刀和圆顶滚刀,探究了滚刀截面形状(即刃形)对刀-岩接触损伤行为产生影响的机理和规律。结果表明:所采用模型对可能发生损伤破坏的岩石区域使用颗粒流离散元法建模,而远离滚刀-岩石接触区的岩体使用基于连续介质力学的有限差分模型建模,可以在不影响计算精度的前提下有效地降低滚刀破岩仿真耗时。圆顶滚刀与岩石之间的接触区域和应力集中范围较小,使得在相同的切削深度下,圆顶滚刀所需的切削力更低;但圆顶滚刀裂纹扩展能力相对较弱,导致产生的岩石碎片体积有所减小。基于切削力和破岩体积两个参数计算了比能,发现圆顶滚刀的比能较低,表明形成单位体积的岩石碎片时,圆顶滚刀所需的能量更少。开展缩比滚刀破岩实验对仿真结果进行了定性证明。关于滚刀刃形对其破岩性能影响机理的研究可为TBM滚刀的研发和使用提供实际指导。 展开更多
关键词 全断面隧道掘进机 盘形滚刀 数值仿真 颗粒离散元法 破岩性能
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不同岩石和围压下刃形对滚刀破岩性能的影响 被引量:2
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作者 张蒙祺 王一博 +4 位作者 章龙管 段文军 苏叶茂 莫继良 周仲荣 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期332-339,共8页
滚刀位于全断面隧道掘进机(TBM)最前端,与岩石直接发生接触,是执行破岩掘进的关键零部件.研究TBM滚刀截面轮廓(刃形)对其破岩性能的影响机理和规律,对指导工程实际中滚刀选型与设计、提高TBM掘进效率具有重要意义.首先建立二维颗粒流离... 滚刀位于全断面隧道掘进机(TBM)最前端,与岩石直接发生接触,是执行破岩掘进的关键零部件.研究TBM滚刀截面轮廓(刃形)对其破岩性能的影响机理和规律,对指导工程实际中滚刀选型与设计、提高TBM掘进效率具有重要意义.首先建立二维颗粒流离散元模型,针对工程中最常用的平头滚刀和圆弧滚刀,选取两种强度不同的岩石并对其中一种施加固定10 MPa围压;然后,开展滚刀破岩仿真,通过分析比能、破岩体积、刀具载荷、裂纹数量等结果,对滚刀刃形与岩石破碎的关联性进行研究;最后,通过缩比滚刀破岩实验验证数值分析所得结论的正确性.分析结果表明:滚刀刃形对其破岩性能影响显著,在本文所涉及参数范围内,对于多数岩石强度与围压组合,圆弧滚刀比能均低于平头滚刀比能,平均降低19.8%;圆弧滚刀破岩力比平顶滚刀破岩力平均低32.6%,表明破岩过程中圆弧滚刀做功较少,而二者产生的岩石碎片总体积相差不大(平均差值7%),则圆弧滚刀破除单位体积岩石所消耗的能量更少.综上所述,两种常用滚刀刃形相比,在岩石强度与围压较高的地层中可考虑优先选用圆弧滚刀. 展开更多
关键词 全断面隧道掘进机 滚刀刃形 比能 颗粒离散元法 缩比滚刀破岩实验
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Mesomechanical simulation of direct shear test on outwash deposits with granular discrete element method 被引量:6
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作者 石崇 王盛年 +2 位作者 刘琳 孟庆祥 张强 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2013年第4期1094-1102,共9页
The mechanical properties of outwash deposits which are taken as unconsolidated geo-materials with the characteristics of non-uniformity, heterogeneity and multiphase have attracted much attention in engineering. Acco... The mechanical properties of outwash deposits which are taken as unconsolidated geo-materials with the characteristics of non-uniformity, heterogeneity and multiphase have attracted much attention in engineering. According to the results of laboratory direct shear test on the remolded samples, the soil particle parameters of numerical model based on in-situ particle size cumulative curves and 3D granular discrete element method were determined. Then, numerical experiments on different lithology, stone content and gradation composition were conducted. The results show that it is not a flat surface but a shear band that yields in the sample. The curve of particle velocity vs distance from the designed shear surface of test model that is taken as a datum plane in the vertical section of sample shows in "S" shape. The shear disturbance area is about twice the maximum diameter of stone blocks. The greater the stiffness of stone is, the rougher the shear surface is. The shear strength of outwash deposits is largely controlled by lithology and stone content, and the bite force between stone blocks is the root reason of larger friction angle. It is also shown that strain hardening and low shear dilatancy occur under high confining pressure as well as possibility of shear shrinkage. But it is easy to behave shear dilatation and strain softening under low confining pressure. The relationship between particle frictional coefficient and stone content presents an approximately quadratic parabola increase. The strain energy first increases and then drops with the increase of frictional energy. The cohesion increases with soil stiffness increasing but decreases with stone stiffness increasing. Numerical results are consistent with the laboratory test results of remolded samples, which indicate that this method can be a beneficial supplement to determine the parameters of engineering deposit bodies. 展开更多
关键词 outwash deposit direct shear test granular discrete element MESOMECHANICS
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