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黏性土宏-细观参数关系的PFC2D模拟研究

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中国水运 2017年第8期38卷 74-76页

作者：徐松上海勘测设计研究院有限公司上海200434

选取合理的细观参数是开展PFC2D数值模拟的前提条件,因此开展黏性土宏观-细观参数关系研究具有重要意义。本文利用数值双轴试验模拟室内平面应力应变试验研究黏性土抗剪强度指标c和ψ与细观参数颗粒摩擦系数μ、颗粒切向接触强度τ_c ... 详细信息

选取合理的细观参数是开展PFC2D数值模拟的前提条件,因此开展黏性土宏观-细观参数关系研究具有重要意义。本文利用数值双轴试验模拟室内平面应力应变试验研究黏性土抗剪强度指标c和ψ与细观参数颗粒摩擦系数μ、颗粒切向接触强度τ_c 、颗粒接触强度比n_b/s_b等定性、定量关系。研究结果表明:采用数值双轴试验研究黏性土宏-细观参数关系是可行的;黏性土内摩擦角主要取决于颗粒摩擦系数,颗粒切向黏结强度和颗粒接触强度比是影响黏性土粘聚力的最主要因素。

关键词： PFC2D 黏性土双轴试验宏-细观参数

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基于抗转模型的颗粒材料宏-细观关系研究

岩土力学 2022年第4期43卷 945-956,968页

作者：王一伟刘润孙若晗许泽伟天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072

接触模型的宏-细观参数标定是成功使用离散元方法的关键。在离散元的接触模型中线性接触模型与抗转线性接触模型均可用于模拟砂性土的力学行为,其中抗转线性接触模型在模拟密砂的剪胀性方面具备优势。采用抗转线性接触模型对室内密实砂... 详细信息

接触模型的宏-细观参数标定是成功使用离散元方法的关键。在离散元的接触模型中线性接触模型与抗转线性接触模型均可用于模拟砂性土的力学行为,其中抗转线性接触模型在模拟密砂的剪胀性方面具备优势。采用抗转线性接触模型对室内密实砂土三轴试验进行了离散元模拟,验证了抗转线性接触模型的可靠性;进而系统分析了颗粒间摩擦系数、刚度比和抗转动系数等细观参数与砂土峰值内摩擦角、残余内摩擦角、峰值剪胀角等宏观参数的相关关系并进行了验证;揭示了偏应力作用下,细观参数对密实砂土试样内部剪切带宽度与倾角变化的影响规律,提出了考虑剪胀角的剪切带倾角经验公式。通过研究建立了抗转线性接触模型宏-细观参数的量化关系并给出了标定参数的具体流程图,提出了快速标定宏观参数的方法并应用实例进行了验证,为采用抗转线性接触模型精准模拟密实砂土的力学特性提供依据。

关键词：密实砂土离散元模拟抗转模型宏-细观参数剪切带剪胀角

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非饱和土拉伸特性的三维离散元分析

应用基础与工程科学学报 2022年第5期30卷 1228-1244页

作者：蔡国庆王春莹李继光许自立何旭珍赵成刚北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 福建省建筑科学研究院福建福州350025 悉尼科技大学土木与环境工程学院悉尼澳大利亚1180

以非饱和材料离散元试样生成法为基础,对PFC^(3D)(Particle Flow Code in Three Dimensions)颗粒流离散元分析程序进行改进,建立了同时适用于黏土与砂土的单轴拉伸离散元模型,并对单轴拉伸应力-位移关系及单轴抗拉强度开展研究;探究了... 详细信息

以非饱和材料离散元试样生成法为基础,对PFC^(3D)(Particle Flow Code in Three Dimensions)颗粒流离散元分析程序进行改进,建立了同时适用于黏土与砂土的单轴拉伸离散元模型,并对单轴拉伸应力-位移关系及单轴抗拉强度开展研究;探究了不同细观参数对土体拉伸破坏的影响,并以单轴抗拉强度为桥梁,建立了饱和度与颗粒间黏结强度的关系;进行了不同初始孔隙比和饱和度下黏土与砂土的单轴拉伸数值模拟,研究了非饱和土的拉伸特性及利用离散元模拟非饱和土的适用性.结果表明:在法向黏结强度、切向黏结强度、杨氏模量、刚度比、摩擦系数这5个细观参数中,法向黏结强度对抗拉强度的影响最大,切向黏结强度、杨氏模量、刚度比次之,而摩擦系数的影响最小;黏土的单轴抗拉强度随饱和度的增加呈现先增大后减小的趋势,并且单轴抗拉强度在左侧(干侧)的增加速度大于在右侧(湿侧)的减小速度;砂土的单轴抗拉强度随着饱和度的增加表现出“增大-减小-增大”的规律;模拟所得规律与室内实验结果具有较高的一致性,验证了在模拟非饱和材料单轴拉伸特性时该离散元模型及数值分析程序的适用性.

关键词：非饱和土离散元法宏-细观参数饱和度拉伸强度黏结强度

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砂土材料离散元细观参数的自动识别

砂土材料离散元细观参数的自动识别

作者：崔洋洋北方工业大学

学位级别：硕士

砂土材料在土木工程中应用广泛,传统的理论研究和工程设计方法都是基于连续介质的理论对砂土进行研究的,并没有考虑土样中颗粒的大小、形状、颗粒之间接触力的相互关系和颗粒的排列方式等,所以基于连续介质力学理论对砂土进行研究与现... 详细信息

砂土材料在土木工程中应用广泛,传统的理论研究和工程设计方法都是基于连续介质的理论对砂土进行研究的,并没有考虑土样中颗粒的大小、形状、颗粒之间接触力的相互关系和颗粒的排列方式等,所以基于连续介质力学理论对砂土进行研究与现实是不符的。离散单元法是一种不连续的数值模拟方法,与传统的数值方法相比,它能够更合理的描述颗粒粒度、物性、形状的分散性,以及运动的瞬态、波动、碰撞、颗粒凝聚和聚团的破裂、破碎行为,特别适用于土的非连续性变形等问题的研究。在离散元理论中,准确的细观参数是采用离散元进行合理模拟的前提。然而,由于表述离散元细观参数与宏观参数之间关系的精确理论还不完善,确定砂土材料宏-细观力学参数之间的函数关系还未建立,目前离散元模拟的细观参数选取具有相当的主观性和不确定性,严重影响了分析结果的可靠性。因此,准确的细观参数确定方法已成为离散元应用亟待解决的关键问题。本文基于最优化理论,提出了砂土材料离散元细观参数自动识别的方法。首先,采用PFC离散元软件模拟砂土的双轴压缩试验,对细观参数的灵敏度进行了分析,得出砂土材料的颗粒摩擦系数和颗粒接触刚度对宏观参数的影响较为敏感。然后,在此双轴压缩数值试验的基础上,以使PFC数值模拟的应力—应变曲线与某标准砂土室内双轴压缩实验曲线的误差最小为优化目标,采用模式搜索法实现砂土材料离散元细观参数的自动标定。再然后,选用模式搜索法自动识别出的40组细观参数及其对应的宏观参数,利用BP人工神经网络分析方法寻找宏-细观参数之间的映射关系,在保持10%的误差范围内,模拟得到的应力-应变曲线与数值模拟得到的应力-应变曲线拟合度较高。最后,利用本文所提出的优化算法,在某高速公路边坡土体的室内三轴压缩实验进行离散元细观参数识别的基础上,采用识别得到的细观参数对此高速公路的边坡进行PFC的仿真模拟和稳定性分析。

关键词：颗粒流宏-细观参数参数识别边坡稳定性

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基于颗粒流的胶凝砂砾石材料破坏机理研究

基于颗粒流的胶凝砂砾石材料破坏机理研究

作者：霍文龙华北水利水电大学

学位级别：硕士

胶凝砂砾石材料是将胶凝材料、水、河床原状砂砾石或开挖废弃料经简易拌合形成的一种新型筑坝材料,具有经济、安全、施工方便等优点。胶凝砂砾石材料作为一种新型筑坝材料,不仅在水利工程中具有广泛的应用前景,其在铁路、公路、边坡工... 详细信息

胶凝砂砾石材料是将胶凝材料、水、河床原状砂砾石或开挖废弃料经简易拌合形成的一种新型筑坝材料,具有经济、安全、施工方便等优点。胶凝砂砾石材料作为一种新型筑坝材料,不仅在水利工程中具有广泛的应用前景,其在铁路、公路、边坡工程、港口等领域也具有较为优越的应用价值。论文基于室内试验,以离散元颗粒流理论为基础,首先确定数值模拟中的细观参数对宏观力学行为的影响,再结合室内试验的结果,标定细观参数,确定定量关系;对完成标定试样在弹性阶段、塑性阶段、软化阶段裂纹的产生、发展、最终破坏的过程进行观察,通过试样内部应力变化研究材料的破坏机理,从而为进一步研究胶凝砂砾石的本构关系提供参考。论文的研究内容如下:1、通过室内试验,研究不同配合比下胶凝砂砾石材料应力-应变关系和最终破坏模式,为胶凝砂砾石的数值模拟提供依据;2、通过建立颗粒流试验模型,研究各细观参数对胶凝砂砾石材料宏观力学参数及破坏模式的影响,建立宏、细观参数的定量描述方法,为标定细观参数奠定基础;3、将宏-细观参数标定结果应用于数值模型试验分析,从细观角度研究试样在加载过程中应力的变化形式;同时,从细观角度研究试样裂缝的萌生、开展及贯通的过程,揭示胶凝砂砾石材料的细观破坏机理,为后续胶凝砂砾石的研究提供参考依据。

关键词：胶凝砂砾石离散元颗粒流宏-细观参数受力分析破坏机理

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基于颗粒流理论的煤与瓦斯突出数值模拟研究

山东科技大学学报（自然科学版） 2016年第4期35卷 52-61页

作者：王锐修毓王刚武猛猛杜文州山东科技大学矿业与安全工程学院山东青岛266590 青岛市黄岛区城市建设局山东青岛266555 山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590

针对煤与瓦斯突出机理的复杂性,基于颗粒流离散元理论,利用PFC3D(particle flow code)软件对煤体进行340组单轴压缩及巴西劈裂试验,建立了煤体宏观参数与颗粒流数值模拟所需细观参数之间的关系。基于寺河矿煤样单轴压缩和抗拉物理实验... 详细信息

针对煤与瓦斯突出机理的复杂性,基于颗粒流离散元理论,利用PFC3D(particle flow code)软件对煤体进行340组单轴压缩及巴西劈裂试验,建立了煤体宏观参数与颗粒流数值模拟所需细观参数之间的关系。基于寺河矿煤样单轴压缩和抗拉物理实验的实测宏观参数,推算出模拟煤与瓦斯突出所需的细观参数。在PFC3D流固耦合理论的基础上,利用PFC模拟软件进行了煤与瓦斯突出的数值模拟,再现了煤体的堆积过程。研究表明:在突出准备阶段,煤壁深部瓦斯压力较高,突出孔洞附近瓦斯压力梯度较高;发动及发展阶段,平衡状态被破坏,形成口小腔大的突出孔洞,破坏范围由巷道高度的中间位置向顶底板处扩展;在突出过程中,工作面前方煤体靠近煤壁的暴露面处的最大主应力向量逐渐偏离垂直方向,且应力向量连线形成一个凸向煤壁深部的圆弧。

关键词：颗粒流煤与瓦斯突出 PFC3D 宏-细观参数