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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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PFC滑坡模拟二、三维建模方法研究 被引量:33
2
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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袋装石墨尾矿承载性能及沿空留巷数值模拟研究 被引量:1
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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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PFC^(3D)模型中砂土细观参数的确定方法 被引量:27
4
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:5
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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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冲击方向影响下“天然”破裂砂岩强度特性研究
6
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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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
7
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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一种CMA数值预报模式代码质量检测方法与实现
8
作者 李佳静 杨泽 +3 位作者 王彬 刘易凡 董泽信 孟涛 《应用气象学报》 北大核心 2025年第2期155-163,共9页
中国气象局(CMA)数值预报的统筹研发对支撑平台的能力建设提出了更高要求,其中一个重要方面就是对数值预报模式代码的质量检测能力。目前缺乏有效针对数值预报模式代码的质量检测方法和工具,尤其对于性能缺陷和大规模代码的检测不能满... 中国气象局(CMA)数值预报的统筹研发对支撑平台的能力建设提出了更高要求,其中一个重要方面就是对数值预报模式代码的质量检测能力。目前缺乏有效针对数值预报模式代码的质量检测方法和工具,尤其对于性能缺陷和大规模代码的检测不能满足需要。为解决上述问题,该文针对子程序定义、数组操作和I/O操作等常见编程规则设计检测方法。该方法采用程序代码解析、抽象语法树匹配和流敏感的静态程序检测等关键技术,其中对分支和循环语句的分析方法有效避免了路径爆炸问题。基于该方法的检测工具在数值预报科创平台V1.0代码协同开发栏目提供使用,并应用于CMA区域数值模式的国省统筹研发。 展开更多
关键词 数值预报模式代码 代码质量 抽象语法树匹配 流敏感程序分析 有穷状态机
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基于PFC-CFD的土体管涌数值模拟研究 被引量:8
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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PFC3D的砂土直剪模拟及宏细观分析 被引量:30
10
作者 杨升 李晓庆 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期777-783,共7页
为能更好地分析砂土在剪切过程中的体积变化及力学行为,通过PFC3D颗粒流程序,按照室内实际级配建立数值试样,进行了不同垂直压力下的砂土直剪试验模拟,并将模拟结果与室内试验结果进行了对比;研究了砂土在剪切过程中的体积变化,并用两... 为能更好地分析砂土在剪切过程中的体积变化及力学行为,通过PFC3D颗粒流程序,按照室内实际级配建立数值试样,进行了不同垂直压力下的砂土直剪试验模拟,并将模拟结果与室内试验结果进行了对比;研究了砂土在剪切过程中的体积变化,并用两种方法分析了砂土剪切带的演变过程;从细观角度对试样颗粒的速度场及力链网络的发展变化进行了分析研究。结果表明,数值模拟结果与室内试验结果基本一致,砂土的体积变化表现为先剪缩后剪胀,剪胀量与垂直压力成反比;剪切带厚度约为11~12倍d50,在剪切带内颗粒的位移和欧拉角变化较大;试样内部强力链的演变较为明显,力链网络对外荷载变化的敏感性很高;剪切过程中上盒颗粒速度场方向的变化能够较好地解释砂土产生的剪胀现象。 展开更多
关键词 直剪试验 数值模拟 颗粒流 离散元 剪切带
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颗粒实际形状在PFC数值研究中的模拟方法 被引量:2
11
作者 林呈祥 凌道盛 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期2425-2431,共7页
针对颗粒实际形状在PFC数值研究中的模拟,总结4种主要模拟方法。在简要介绍PFC计算原理及其基本命令"Clump"的基础上,对每种模拟方法的主要步骤进行概述,并对比分析每种模拟方法的优缺点。研究结果表明:4种模拟方法都需要先... 针对颗粒实际形状在PFC数值研究中的模拟,总结4种主要模拟方法。在简要介绍PFC计算原理及其基本命令"Clump"的基础上,对每种模拟方法的主要步骤进行概述,并对比分析每种模拟方法的优缺点。研究结果表明:4种模拟方法都需要先获得颗粒的表面轮廓,然后在其表面轮廓的基础上通过一定的方式把基本颗粒单元粘结在一起从而实现对颗粒实际形状的模拟,其中以"Clump"命令应用为主。构造颗粒实际形状所用的基本颗粒单元个数越多,数值模拟的精度就越高,但相应的计算时间也就越长,选择合适的颗粒形状模拟方法是平衡模拟精度和计算效率的关键。 展开更多
关键词 颗粒材料 颗粒形状 离散元法 pfc数值研究
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考虑不同颗粒形状的PFC^(3D)砂土直剪试验模拟研究 被引量:14
12
作者 杨升 李晓庆 《水利水电技术》 北大核心 2019年第3期139-144,共6页
针对纯圆形颗粒在模拟土工直剪试验中的缺陷,以砂土直剪试验为研究对象,基于PFC^(3D)颗粒流程序,以纯圆颗粒为基本形状进行二次开发,利用FISH语言编程,引入了由pebble构成的块体(clump)单元,建立了哑铃形和椭圆形两种不同颗粒形状的簇颗... 针对纯圆形颗粒在模拟土工直剪试验中的缺陷,以砂土直剪试验为研究对象,基于PFC^(3D)颗粒流程序,以纯圆颗粒为基本形状进行二次开发,利用FISH语言编程,引入了由pebble构成的块体(clump)单元,建立了哑铃形和椭圆形两种不同颗粒形状的簇颗粒,对纯圆颗粒及簇颗粒进行直剪试验模拟对比,并分析了颗粒初始配位数与内摩擦角的关系以及不同颗粒试样的体积变化规律,从细观上描述了不同形状颗粒的空间活跃程度。结果表明:颗粒形状直接影响着数值模拟的精度,椭圆形颗粒的吻合度最高,哑铃形颗粒次之,圆形颗粒较差,椭圆形颗粒较纯圆颗粒的精度提高了7.05%;簇颗粒的初始配位数相比纯圆颗粒较大,其试样表现出较高的强度和稳定性;颗粒形状对试样体积变化有着显著影响;纯圆颗粒的空间活跃程度较为明显,簇颗粒则相对稳定。该研究可为土工试验模拟在颗粒选择及模拟方法上提供一定的参考。 展开更多
关键词 颗粒流 直剪试验 数值模拟 离散元法 簇颗粒
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基于PFC2D的黄土轴向压裂试验细观参数敏感性分析 被引量:2
13
作者 贾乐琪 严松宏 +2 位作者 孙纬宇 欧尔峰 张建 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2023年第2期194-201,共8页
黄土的低抗拉能力是黄土地区工程建设中病害频发的重要原因。采用离散元程序PFC2D对黄土轴向压裂试验进行数值模拟,通过控制变量法改变单个细观参数取值,分析其对黄土抗拉特性的影响,并结合正交试验,对各细观参数进行了敏感性分析。结... 黄土的低抗拉能力是黄土地区工程建设中病害频发的重要原因。采用离散元程序PFC2D对黄土轴向压裂试验进行数值模拟,通过控制变量法改变单个细观参数取值,分析其对黄土抗拉特性的影响,并结合正交试验,对各细观参数进行了敏感性分析。结果表明:黄土的抗拉强度与黏结刚度比k_(n)/k_(s)呈对数递减关系,与黏结强度σ_(c)、半径乘子λ呈线性递增关系;黄土的抗拉刚度与黏结刚度比呈对数递减关系,与半径乘子呈线性递增关系;半径乘子对抗拉强度的影响最强,黏结刚度比对抗拉刚度的影响最强,粒径比r^(*)对抗拉强度、抗拉刚度的影响均最弱。研究可为黄土轴向压裂试验数值模拟中细观参数的标定提供参考。 展开更多
关键词 黄土轴向压裂 数值模拟 抗拉强度 细观参数 敏感性分析 pfc2D
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True triaxial hydraulic fracturing test and numerical simulation of limestone 被引量:10
14
作者 YANG Wei-min GENG Yang +4 位作者 ZHOU Zong-qing LI Lian-chong DING Ruo-song WU Zhong-hu ZHAI Ming-yang 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第10期3025-3039,共15页
Hydraulic fracturing,as a key technology of deep energy exploitation,accelerates the rapid development of the modern petroleum industry.To study the mechanisms of hydraulic fracture propagation and rock failure mode o... Hydraulic fracturing,as a key technology of deep energy exploitation,accelerates the rapid development of the modern petroleum industry.To study the mechanisms of hydraulic fracture propagation and rock failure mode of the vertical well hydraulic fracturing,the true triaxial hydraulic fracturing test and numerical simulation are carried out,and the influence of the principal stress difference,water injection displacement,perforation angle and natural fracture on fracture propagation is analyzed.The results show that the fracture propagation mode of limestone is mainly divided into two types:the single vertical fracture and the transverse-longitudinal crossed complex fracture.Under high displacement,the fracturing pressure is larger,and the secondary fracture is more likely to occur,while variable displacement loading is more likely to induce fracture network.Meanwhile,the amplitude of acoustic emission(AE)waveform of limestone during fracturing is between 0.01 and 0.02 mV,and the main frequency is maintained in the range of 230−300 kHz.When perforation angleθ=45°,it is easy to produce the T-type fracture that connects with the natural fracture,while X-type cracks are generated whenθ=30°.The results can be used as a reference for further study on the mechanism of limestone hydraulic fracturing. 展开更多
关键词 true triaxial hydraulic fracturing acoustic emission particle flow code(pfc) perforation angle natural fracture
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Quantitative determination of PFC3D microscopic parameters 被引量:7
15
作者 LI Zhuo RAO Qiu-hua 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第3期911-925,共15页
It is important to calibrate micro-parameters for applying partied flow code(PFC)to study mechanical characteristics and failure mechanism of rock materials.Uniform design method is firstly adopted to determine the mi... It is important to calibrate micro-parameters for applying partied flow code(PFC)to study mechanical characteristics and failure mechanism of rock materials.Uniform design method is firstly adopted to determine the microscopic parameters of parallel-bonded particle model for three-dimensional discrete element particle flow code(PFC3D).Variation ranges of microscopic of the microscopic parameters are created by analyzing the effects of microscopic parameters on macroscopic parameters(elastic modulus E,Poisson ratio v,uniaxial compressive strengthσc,and ratio of crack initial stress to uniaxial compressive strengthσci/σc)in order to obtain the actual uniform design talbe.The calculation equations of the microscopic and macroscopic parameters of rock materials can be established by the actual uniform design table and the regression analysis and thus the PFC3D microscopic parameters can be quantitatively determined.The PFC3D simulated results of the intact and pre-cracked rock specimens under uniaxial and triaxial compressions(including the macroscopic mechanical parameters,stress−strain curves and failure process)are in good agreement with experimental results,which can prove the validity of the calculation equations of microscopic and macroscopic parameters. 展开更多
关键词 quantitative relationship of microscopic and macroscopic parameters uniform design method three-dimensional particle flow code(pfc3D) ROCK
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奥陶系灰岩顶部劈裂注浆裂隙起裂机制PFC数值分析 被引量:6
16
作者 柳昭星 张旗 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期72-85,共14页
超前区域注浆是煤层底板灰岩水害防治的有效手段,而注浆工程中的劈裂注浆过程是决定注浆效果的关键环节,但由于对受注灰岩地层裂隙起裂机制认识不清,致使劈裂注浆过程中注浆压力、浆液水灰比等参数缺少有效控制,难以保证注浆效果。针对... 超前区域注浆是煤层底板灰岩水害防治的有效手段,而注浆工程中的劈裂注浆过程是决定注浆效果的关键环节,但由于对受注灰岩地层裂隙起裂机制认识不清,致使劈裂注浆过程中注浆压力、浆液水灰比等参数缺少有效控制,难以保证注浆效果。针对上述问题,利用颗粒元(Particle Flow Code,PFC)数值模拟软件,考虑浆液水灰比、地应力水平、弱面和裂隙的倾角和宽度等因素,开展奥陶系灰岩顶部劈裂注浆数值模拟计算。结果表明:在弱面和裂隙条件下起裂压力均随浆液水灰比(1∶1、2∶1、3∶1)的增大而减小,随最大主应力与最小主应力差值(9、12、15 MPa)的减小而增大,随弱面或裂隙宽度(3、8、15 mm)及其与最大主应力夹角(30°、60°、90°)的增大而减小;起裂裂隙沿平行于最大主应力方向延展;起裂压力值随弱面与基质强度比(0.30、0.03)的减小而减小,当弱面强度较高时,起裂压力大于裂隙条件下的起裂压力,而且沿着基质起裂;当注浆孔置于弱面两端或裂隙中间时,起裂裂隙沿弱面或裂隙的两端起裂,当注浆孔置于弱面中间位置时,起裂裂隙沿中间位置的基质起裂。研究结果有助于底板水害超前区域改造劈裂注浆的有效控制,指导注浆参数的选取,为解放深部煤炭资源提供技术支撑。 展开更多
关键词 底板区域治理 奥陶系灰岩顶部 劈裂注浆 裂隙起裂机制 pfc数值分析
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隧道围岩-衬砌接触面剪切特性模拟研究 被引量:2
17
作者 赵旭 宗淼 +4 位作者 黄景琦 杜修力 赵密 崔臻 张茂础 《铁道标准设计》 北大核心 2024年第10期135-142,共8页
探究隧道围岩-衬砌接触面在不同法向应力及不同粗糙度条件下的剪切特性规律,对进一步研究隧道围岩与衬砌间的相互作用及岩体稳定性具有重要的理论和工程意义。为考虑粗糙度条件,利用分形理论,通过改变分形公式中的分形维数D及分形粗糙度... 探究隧道围岩-衬砌接触面在不同法向应力及不同粗糙度条件下的剪切特性规律,对进一步研究隧道围岩与衬砌间的相互作用及岩体稳定性具有重要的理论和工程意义。为考虑粗糙度条件,利用分形理论,通过改变分形公式中的分形维数D及分形粗糙度G生成5种不同接触面,基于二维颗粒流程序(PFC^(2D)),建立接触面数值剪切模型,尺寸为150 mm×150 mm。开展同一接触面在不同法向应力下,数值模拟剪切试验及不同接触面在同一法向应力下的数值模拟试验;将数值剪切试验与室内剪切试验获得的剪切应力-剪切位移曲线进行对比,验证数值剪切模拟的可靠性。研究结果表明:(1)数值模型剪切破坏产生的裂隙主要集中于中间接触面处,破坏后的应力主要集中于接触面粗糙度最大处,破坏裂纹可分为剪切裂纹和张拉裂纹,其中张拉裂纹占主要优势;(2)剪切应力-剪切位移过程曲线存在爬坡、啃断、滑移三大阶段,具有明显的峰值强度和残余强度,法向位移随着剪切位移的增加而增大,产生剪胀效应;(3)随着法向应力增加,剪切和张拉裂纹数量增加,破坏现象越明显,峰值强度和残余强度增大,剪胀效应减小;(4)随着粗糙起伏度增大,即分形维数D的增大或者分形粗糙度G的减小,破坏裂纹数量增加,其中张拉裂纹增加较明显,峰值强度和残余强度增大,剪胀效应增大。 展开更多
关键词 隧道围岩 衬砌 接触面 剪切特性 颗粒流程序 数值模拟
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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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不同加载速率下青砂岩破裂演化规律及能量利用效率分析 被引量:6
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作者 赵环帅 潘永泰 +3 位作者 乔鑫 王星宇 余超 黄嘉诚 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期69-78,共10页
【目的】研究不同加载速率下岩石破裂演化规律及能量利用效率是岩石破碎加工领域亟待解决的问题。【方法】基于室内试验进行青砂岩细观参数标定,建立青砂岩宏-细观力学响应关系,采用颗粒流程序,研究不同加载速率下青砂岩应力-应变曲线... 【目的】研究不同加载速率下岩石破裂演化规律及能量利用效率是岩石破碎加工领域亟待解决的问题。【方法】基于室内试验进行青砂岩细观参数标定,建立青砂岩宏-细观力学响应关系,采用颗粒流程序,研究不同加载速率下青砂岩应力-应变曲线与应力链分布特征,从破裂特征与裂纹特点方面分析青砂岩的破裂演化规律,并分析青砂岩破裂过程中的能量利用效率。【结果和结论】结果表明:(1)青砂岩在破裂过程中,应力-应变曲线表现为峰前线弹性、峰前塑性变形和峰后逐步失稳阶段,拉力链导致青砂岩裂纹扩展,最终破裂是压力和拉力链相互作用的结果。(2)不同加载速率下,青砂岩破裂可分为剪切破裂、贯穿破裂及混合多级破裂阶段,剪切与贯穿破裂阶段是剪切力起主要作用,而混合多级破裂是拉伸力主导的破裂模式。拉伸裂纹在破裂过程中起主导作用,生成速率明显高于剪切裂纹,总裂纹生成速率达2 400.81 m/s。(3)青砂岩断裂能的演化可分为缓慢增加、急剧增大与趋于稳定阶段,在加载速率为0.05 m/s时,最大能量利用效率为0.088%。研究结果不仅从细观层面对岩石破裂演化规律及能量利用效率进行了初步探索,也可为岩石破碎过程中工艺参数的合理选择提供指导。 展开更多
关键词 青砂岩 加载速率 颗粒流程序 力学特性 力链 断裂能
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单矿物石英岩高温损伤破裂机理细观研究 被引量:2
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作者 彭潇 周剑 +3 位作者 张路青 杨志法 董庭发 张德宇 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期2175-2187,共13页
基于颗粒离散元计算架构建立单矿物石英岩的颗粒簇模型(grain based model,GBM),以石英岩微裂纹发展规律为约束优化矿物模型的弹性模量及其边界强度参数,开展热-固耦合下石英岩的高温损伤及强度劣化细观机理研究,获得以下结论:(1)优化... 基于颗粒离散元计算架构建立单矿物石英岩的颗粒簇模型(grain based model,GBM),以石英岩微裂纹发展规律为约束优化矿物模型的弹性模量及其边界强度参数,开展热-固耦合下石英岩的高温损伤及强度劣化细观机理研究,获得以下结论:(1)优化矿物弹性模量及其边界强度参数后可很好地再现石英岩高温作用下微裂纹演化规律:首先从石英晶粒边界萌生,逐渐扩展至晶粒内部,最终形成裂纹网络。(2)单轴压缩模拟中石英岩弹性模量随温度的升高总体上呈现出先增大后减小的趋势,泊松比表现为先减小后增大,且泊松比较弹性模量对热损伤表现出更高的敏感性。(3)随着温度的升高,石英岩单轴压缩过程中微裂纹的离散性增加,破坏模式从多斜面剪切破坏逐渐转变为无明显宏观裂纹的分散式拉伸(劈裂)破坏。(4)岩石的力学强度劣化规律与其本身的致密性及矿物成分、含量密切相关,与花岗岩相比石英岩热损伤温度阈值高,约为200℃。(5)3种不同石英含量的岩石的热损伤结果表明:矿物边界和力学强度较低的矿物内部首先发生热破裂,矿物之间的镶嵌结构对石英矿物的热损伤有抑制作用。 展开更多
关键词 石英岩 热破裂 强度劣化 颗粒簇模型 颗粒流方法
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