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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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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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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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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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冻融循环下灌浆修复裂缝混凝土试件力学特性研究
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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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隧道围岩-衬砌接触面剪切特性模拟研究 被引量:1
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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:4
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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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覆盖型岩溶土洞形成的临界水流速度数值模拟研究 被引量:2
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作者 陈小茜 黄荷 +1 位作者 朱燕 曾斌 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期189-196,共8页
覆盖型岩溶塌陷灾害具有隐蔽性、突发性、不确定性、机理复杂性等特点,致使其预防、治理工作十分困难。覆盖型岩溶塌陷过程中,覆盖层土体形成土洞,土洞发育、扩展直至地表塌陷。现阶段土洞塌陷研究方法多为有限单元法等数值模拟,但有限... 覆盖型岩溶塌陷灾害具有隐蔽性、突发性、不确定性、机理复杂性等特点,致使其预防、治理工作十分困难。覆盖型岩溶塌陷过程中,覆盖层土体形成土洞,土洞发育、扩展直至地表塌陷。现阶段土洞塌陷研究方法多为有限单元法等数值模拟,但有限单元法无法解决颗粒迁移、土体崩落等岩体大变形问题。在浙江省江山市岩溶塌陷地质条件分析的基础上,利用颗粒流数值模拟方法(PFC)对覆盖型岩溶土洞的形成过程进行了模拟,从微观角度揭示土洞形成过程中特殊土体颗粒的位移、裂纹的发展趋势和系统不平衡力的变化情况等,再现外力作用下岩溶土洞形成的多场变化特征。结果表明:(1)岩溶土洞发育过程可概化为裂纹产生、连通面形成、颗粒剥落3个阶段;(2)岩溶土洞开始发育时,土体颗粒位移曲线、裂纹的贯通程度、不平衡力三者之间具有良好的一致性,且垂直方向扩展速度大于水平速度;(3)覆盖层土体为黏土时初始土洞形成的临界水流速度为0.104 cm/s。研究结果可为岩溶塌陷治理提供参考数据。 展开更多
关键词 颗粒流 覆盖型 岩溶塌陷 土洞 临界水流速度
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不同温度下RDX基熔铸炸药的力学性能研究 被引量:1
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作者 李媛媛 赵雪 +1 位作者 仇斯琪 丁文远 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1-8,共8页
为了探究温度对RDX基熔铸炸药的力学性能影响,采用了单轴压缩试验和直接拉伸试验,利用颗粒流数值模拟软件建立相应的数值模型并进行数值模拟试验,对不同温度下RDX基熔铸炸药的力学性能进行了研究。结果表明,研究不同温度下试样在不同应... 为了探究温度对RDX基熔铸炸药的力学性能影响,采用了单轴压缩试验和直接拉伸试验,利用颗粒流数值模拟软件建立相应的数值模型并进行数值模拟试验,对不同温度下RDX基熔铸炸药的力学性能进行了研究。结果表明,研究不同温度下试样在不同应力状态阶段的微观损伤机理,发现温度显著影响试样的抗压强度、抗拉强度和弹性模量,抗变形能力明显依赖于温度。随着温度的升高,试样的峰值强度增大,弹性模量先增大后降低。根据微观裂纹、接触力链以及颗粒位移场的发育演化过程可以看出,温度越低,试样破坏后分块数越少,越容易出现应力集中现象,发生局部破坏,试样完全破坏后,裂纹数量随温度降低而减少,接触力链数量增大,颗粒位移方向由复杂分散逐渐有序,抗变形能力增大。 展开更多
关键词 RDX 熔铸炸药 力学性能 颗粒流法 温度
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刚性与柔性边界下砂离散元三轴试验力学特性对比分析 被引量:1
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作者 陈爱平 刘凯文 +2 位作者 邱睿哲 熊志鹏 蔡志清 《铁道标准设计》 北大核心 2024年第1期58-64,共7页
为更好地从细观角度探究砂的变形破坏规律,对比不同围压加载方式下离散元三轴试验模型的有效性。采用颗粒流软件(PFC),考虑刚性和柔性两种围压加载方式,对不同密实度的HST95砂土试样建立离散元三轴试验,并结合相关室内三轴试验结果,讨... 为更好地从细观角度探究砂的变形破坏规律,对比不同围压加载方式下离散元三轴试验模型的有效性。采用颗粒流软件(PFC),考虑刚性和柔性两种围压加载方式,对不同密实度的HST95砂土试样建立离散元三轴试验,并结合相关室内三轴试验结果,讨论两种围压加载方式下砂土试样的力学特性、变形特性和剪切破坏过程。研究结果表明:柔性围压加载条件下模拟效果更好,且对于相对密实度越大的试样,柔性围压加载方式优于刚性围压加载方式:与室内试验结果相比,柔性围压加载下的应力应变结果误差均在10%以内,刚性围压加载结果误差在7%~53%范围内;30%密实度与70%密实度试样在刚性围压加载下,20%轴向应变时体积应变分别约为室内试验结果的0.6倍和1.1倍,且大剪切应变下试样体积缩小与实际不符。柔性围压加载下两种密实度试样的体积应变误差在1%以内;柔性围压加载下的试样可以更好地还原侧向鼓胀变形下的剪切破坏特征,并揭示剪切带的形成发展过程。 展开更多
关键词 三轴试验 颗粒流 加载方式 砂土试样 力学特性
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花岗岩冲击剪切力学行为的试验及数值模拟研究 被引量:2
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作者 袁伟 李建春 李星 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1675-1685,共11页
为探究动态剪切荷载作用下岩石的力学特性,采用冲击直剪方法,对立方体花岗岩试样进行了不同正应力和冲击速度条件下的动态剪切试验。分析了花岗岩的冲击剪切变形演化过程,讨论了正应力和冲击速度对花岗岩剪切变形和破坏模式的影响。然后... 为探究动态剪切荷载作用下岩石的力学特性,采用冲击直剪方法,对立方体花岗岩试样进行了不同正应力和冲击速度条件下的动态剪切试验。分析了花岗岩的冲击剪切变形演化过程,讨论了正应力和冲击速度对花岗岩剪切变形和破坏模式的影响。然后,采用颗粒流程序模拟了花岗岩的冲击直剪试验,从细观角度探讨了花岗岩剪切变形破坏的演化机制。结果表明,冲击剪切荷载作用下,试样剪切变形过程中正应力持续变化,剪应力峰值对应的正应力可达到初始值的数倍。得到了回弹型和断裂型两类剪应力−剪切位移曲线,随着初始正应力的增大,峰值剪应力增大,峰值剪切位移和最大剪切位移减小;随着冲击速度的增大,峰值剪应力和最大剪切位移均增大。花岗岩的断裂包含主断裂面和多条翼裂纹,随正应力和冲击速度的增大,花岗岩的轮廓由起伏变得平直,断裂面由粗糙变得平坦,这与断裂后的摩擦滑移有关。花岗岩试样的起裂源于内部,并沿剪切方向扩展至试样边界,起裂方向与剪切面的夹角与接触力集中区的倾角一致。该研究可为岩石的动态剪切力学参数测试提供新的方法参考,也有助于揭示岩石冲击剪切断裂的动力诱灾机制。 展开更多
关键词 动态剪切 花岗岩 冲击直剪试验 颗粒流 剪切断裂
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不同开度节理大理岩破裂过程与断裂面形貌特征研究
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作者 黄丹 肖子龙 +1 位作者 汤文 金清平 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期2239-2249,共11页
考虑节理对岩体的力学行为有着重要的影响以及破裂面形貌特征差异,进行不同开度节理大理岩岩样单轴压缩试验。借助高速摄像机、PFC^(3D)颗粒流软件和三维激光扫描等软件与仪器,分析节理对岩体力学性能及破坏特征的影响,研究岩体从起裂... 考虑节理对岩体的力学行为有着重要的影响以及破裂面形貌特征差异,进行不同开度节理大理岩岩样单轴压缩试验。借助高速摄像机、PFC^(3D)颗粒流软件和三维激光扫描等软件与仪器,分析节理对岩体力学性能及破坏特征的影响,研究岩体从起裂到破坏的宏细观破坏特征。扫描断裂面形貌数据并采用形貌曲线一阶均方根计算断裂面的JRC值,探究不同类型断裂面的形貌特征。结果表明:岩体的力学性能与节理开度有关。在单轴压缩条件下,完整试件中的拉伸裂纹由试件中部向两端发育,剪切裂纹主要由试件端部向中部发育,呈现剪切为主、拉伸为辅的模式破坏;预制裂隙试件由于节理尖端应力集中,微裂纹在节理尖端萌生并向端部发育,形成拉伸翼裂纹和剪切翼裂纹并贯通,呈现出拉剪混合破坏特性。通过断裂面的形貌特征分析得出在单轴压缩条件下,拉伸断裂面JRC在7~10之间,剪切断裂面JRC在11~14之间。拉伸断裂面曲线特征值分布差别较大,呈现出边缘高中间低的特性。 展开更多
关键词 岩石力学 预制裂隙 裂纹扩展与破坏 颗粒流程序 粗糙度曲线
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超细水泥-水玻璃双液浆性能及注浆止水效果试验研究
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作者 郑昊 李兆平 +1 位作者 王子元 赵秀海 《铁道建筑》 北大核心 2024年第1期95-99,共5页
北京地铁14号线高家园站的站厅层和站台层采用暗挖通道连接,地层为富水粉细砂层。为解决暗挖通道采用普通水泥-水玻璃双液浆注浆止水效果差且地表隆起较大的问题,提出采用超细水泥-水玻璃双液浆注浆止水的方案。首先对浆液流动性、凝结... 北京地铁14号线高家园站的站厅层和站台层采用暗挖通道连接,地层为富水粉细砂层。为解决暗挖通道采用普通水泥-水玻璃双液浆注浆止水效果差且地表隆起较大的问题,提出采用超细水泥-水玻璃双液浆注浆止水的方案。首先对浆液流动性、凝结时间和固结体强度进行测试,根据测试结果确定了超细水泥-水玻璃双液浆的配合比:A液为超细水泥净浆,水灰比为1.0;B液为水玻璃溶液,波美度为20°Bé;缓凝剂为磷酸氢二钠,掺量为2.5%。A液约占总注浆量的80%,B液与缓凝剂各占约10%。采用颗粒流数值模拟方法,研究了超细水泥浆液中颗粒在地层中的运移距离与注浆压力的关系。结合浆液性能测试和数值模拟结果,提出了注浆压力0.5 MPa,注浆孔直径5 cm,间距50 cm,梅花形布置的注浆方案。经在暗挖通道现场注浆试验,采用超细水泥-水玻璃双液浆注浆止水效果良好。 展开更多
关键词 暗挖通道 注浆止水 试验研究 颗粒流方法 富水粉细砂层 超细水泥-水玻璃双液浆 配合比
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Influence of structural plane angle and roughness on Brazilian characteristics of composite disc specimens
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作者 SHAN Ren-liang DOU Hao-yu +5 位作者 NIE Ming-yue ZHENG Peng LI Geng-zhao PANG Yuan-yang BAI Yao SUN Peng 《Journal of Central South University》 CSCD 2024年第11期4232-4247,共16页
In this paper,Brazilian test was performed on disk samples of analogue materials with defined structural planes.The surface strain evolution process of the disk samples during loading was analyzed via digital image co... In this paper,Brazilian test was performed on disk samples of analogue materials with defined structural planes.The surface strain evolution process of the disk samples during loading was analyzed via digital image correlation.The damage evolution process was explored from a microscopic perspective by combining discrete element numerical simulation technology.The criterion of the failure mode of the disc specimen in the split state was theoretically deduced.The influence of structural surface roughness and loading inclination angle on the stress state at the center of the specimen was explored.The results showed that the failure modes of the samples could be divided into three typical modes as matrix failure,structural plane failure and combination failure.The rough structural plane improves the failure strength of the specimen by limiting its lateral deformation,and the degree of improvement weakens continuously with the increase of the inclination angle of the structural plane.As the inclination angle of the structural plane increases,the main type of microcracks in the structural plane changes from shear microcracks to tensile microcracks.This study contributes to a better understanding of macro-and meso-failure characteristics of rock masses with structural planes under a splitting state. 展开更多
关键词 analogue material structural plane Brazilian test failure mode particle flow code
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