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Effects of weathering depth and thickness on rock failure:Experimental approach and particle flow code simulation
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作者 Vahab Sarfarazi Mehdi Torabi-Kaveh Arsham Moayedi Far 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2024年第11期4638-4653,共16页
This study investigated the effects of weathering depth and thickness on the failure mechanisms of rock samples through experimental and numerical methods.The first configuration involved conducting artificial weather... This study investigated the effects of weathering depth and thickness on the failure mechanisms of rock samples through experimental and numerical methods.The first configuration involved conducting artificial weathering on limestone using the freezing and thawing(F-T)for 40 cycles.The mechanical parameters of the samples were measured at the end of the 40th cycle.In the second configuration,a series of specimens underwent salt crystallization(S-C)tests for 20 cycles.Experimental results were validated using discrete element method(DEM).Next,the weathered limestone model with dimensions of 108 mm54 mm were prepared.The weathering layers were tested at four different thicknesses(i.e.2.5 mm,5 mm,7.5 mm,and 10 mm)and three different positions(at the surface,5 mm under the rock surface,and 10 mm under the rock surface).According to the results,weathering depth and thickness have a considerable effect on the failure process.The results also showed a correlation between the values of compressive strength and failure mechanisms associated with the weathering layer.The numerical results revealed that the tension crack was the dominant factor.Additionally,with increasing weathering thickness,Young's modulus,crack initiation stress,and final strength decreased in constant weathering depth.The results also demonstrated that the failure progress of the numerical models was similar to that observed in the laboratory. 展开更多
关键词 LIMESTONE Weathering depth Weathering thickness Failure pattern particle flow code in two dimensions(pfc2D)
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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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Failure mechanism and stability analysis of the Zhenggang landslide in Yunnan Province of China using 3D particle flow code simulation 被引量:11
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作者 SHI Chong LI De-jie +1 位作者 CHEN Kal-hua ZHOU Jia-wen 《Journal of Mountain Science》 SCIE CSCD 2016年第5期891-905,共15页
Based on the principle of 3D particle flow code,a numerical landslide run-out model is presented to simulate the failure process of the Zhenggang landslide(in southwestern China) under the effect of water after a rain... Based on the principle of 3D particle flow code,a numerical landslide run-out model is presented to simulate the failure process of the Zhenggang landslide(in southwestern China) under the effect of water after a rainfall.The relationship between the micro-mechanical parameters and the macro-shear strength of the grain material is determined through numerical calibrations.Then the rainfall effect is considered in numerical simulations and rain-induced sliding processes are performed,which help us to discuss the mechanism of deformation and failure of this landslide together with field observations.It shows the Zhenggang landslide would most likely be activated in Zone I and would gain momentum in Zone II.In order to prevent the potential disaster,a tailing dam is advised to be designed about 175 m downstream from the current landslide boundary of Zone II.Verified by field observations,the presented landslide model can reflect the failure mechanism after rainfall.It can also provide a method to predict the potential disaster and draft disaster prevention measures. 展开更多
关键词 Back analysis Deposit avalanche Dynamic process LANDSLIDE particle flow code
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基于PFC-GBM方法的矿物组成对花岗岩单轴压缩力学特性影响 被引量:1
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作者 张庆豪 马瑞阳 +4 位作者 林鹏 谢辉辉 王朝阳 亢金涛 娄彦飞 《山东大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第4期93-107,共15页
为研究花岗岩内各类矿物的体积分数、矿物粒径大小、矿物粒径分布非均匀性3个因素对花岗岩抗压力学特性的影响规律,采用GBM (grain-based model)方法对花岗岩微观矿物组成建模,确定了各因素影响抗压力学特性的强弱,在裂纹演化的角度揭... 为研究花岗岩内各类矿物的体积分数、矿物粒径大小、矿物粒径分布非均匀性3个因素对花岗岩抗压力学特性的影响规律,采用GBM (grain-based model)方法对花岗岩微观矿物组成建模,确定了各因素影响抗压力学特性的强弱,在裂纹演化的角度揭示各因素影响抗压力学特性的机理。研究结果表明:各参数与花岗岩强度均有较高的相关性,花岗岩抗压强度随石英、长石体积分数及平均粒径的增长呈上升趋势,随云母体积分数与非均质因子的增加呈下降趋势;矿物体积分数对强度影响由强到弱为石英、长石、云母体积分数,粒径参数对强度影响次序为平均粒径、非均质因子;矿物体积分数与晶内3种接触占比增减的相关性较高,平均粒径主要影响晶内与晶间接触占比,非均质因子则会导致同种与异种晶间接触占比发生变化,这3种方式都能够在不同程度上改变模型破裂所消耗的能量和裂纹发育路径,进而影响单轴抗压强度。 展开更多
关键词 花岗岩 矿物组成 GBM模型 particle flow code(pfc) 抗压强度 裂纹演化
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Particle flow code simulation of intact and fissured granitic rock samples 被引量:13
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作者 Uxía Castro-Filgueira Leandro R.Alejano Diego Mas Ivars 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2020年第5期960-974,共15页
This study presents a calibration process of three-dimensional particle flow code(PFC3D)simulation of intact and fissured granite samples.First,laboratory stressestrain response from triaxial testing of intact and fis... This study presents a calibration process of three-dimensional particle flow code(PFC3D)simulation of intact and fissured granite samples.First,laboratory stressestrain response from triaxial testing of intact and fissured granite samples is recalled.Then,PFC3D is introduced,with focus on the bonded particle models(BPM).After that,we present previous studies where intact rock is simulated by means of flatjoint approaches,and how improved accuracy was gained with the help of parametric studies.Then,models of the pre-fissured rock specimens were generated,including modeled fissures in the form of“smooth joint”type contacts.Finally,triaxial testing simulations of 1 t 2 and 2 t 3 jointed rock specimens were performed.Results show that both elastic behavior and the peak strength levels are closely matched,without any additional fine tuning of micro-mechanical parameters.Concerning the postfailure behavior,models reproduce the trends of decreasing dilation with increasing confinement and plasticity.However,the dilation values simulated are larger than those observed in practice.This is attributed to the difficulty in modeling some phenomena of fissured rock behaviors,such as rock piece corner crushing with dust production and interactions between newly formed shear bands or axial splitting cracks with pre-existing joints. 展开更多
关键词 numerical methods Artificially fissured samples Rock mass behavior particle flow code Parallel bond Flat-joint Smooth-joint
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Simulation Study of Foundations Reinforced with Horizontal-Vertical Inclusions Using Particle Flow Code 被引量:2
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作者 侯娟 张孟喜 李培培 《Journal of Shanghai Jiaotong university(Science)》 EI 2013年第3期311-316,共6页
A two-dimensionM discrete element code, particle flow code (PFC2D), is employed to investigate foundations reinforced with horizontal-vertical (H-V) inclusions. The initial states and loading processes of both unr... A two-dimensionM discrete element code, particle flow code (PFC2D), is employed to investigate foundations reinforced with horizontal-vertical (H-V) inclusions. The initial states and loading processes of both unreinforced and H-V reinforced foundations are simulated by PFC2D method. The interface between particles and reinforcements, and the reinforcement mechanism of the H-V reinforced foundations are studied through stress distribution graphs, displacement vector graphs and contact force graphs. The simulation results demonstrate that the vertical elements of the H-V reinforcement keep the particles from being displaced under the applied load. The H-V reinforcement can distribute the load uniformly over a wider area, thereby improving the bearing capacity of soil foundation. 展开更多
关键词 reinforced foundation particle flow code pfc2D) horizontal-vertical (H-V) reinforcement
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Evaluation of plow system performance in long-wall mining method using particle flow code 被引量:1
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作者 Mohammadreza Ajamzadeh Vahab Sarfarazi Hesam Dehghani 《International Journal of Coal Science & Technology》 EI 2019年第4期518-535,共18页
The underground or open-pit methods are used for the extraction of mineral resources,each of which is divided into different categories.Coal is one of the mineral resources,which is exploited either by the surface or ... The underground or open-pit methods are used for the extraction of mineral resources,each of which is divided into different categories.Coal is one of the mineral resources,which is exploited either by the surface or the underground methods.The long-wall mining is one of the methods for the underground coal mining.In this method,which is a mechanized one,some machines such as the shearer or plow are used for the mining.The coal mine in Parvadeh,Tabas is a mechanized mine that is extracted by the long-wall mining.The modeling with particle flow code software was used in this mine for the evaluation of plow performance using the coal specifications.In this regard,the sample was first calibrated by sampling from the Parvadeh coal mine and performing the uniaxial and Brazilian tests on the model.Then,the modeling was done by constructing the model and using the variables such as the clearance angle and the linear velocity of the plow.After making 28 models for the plow,the best model of the plow was selected based on the maximum force applied to the machine in the X direction.Finally,the results of this study showed that the best plow performance is for a model with the clearance angle of zero and the linear velocity of 9 mm/min,and the maximum force applied to this model is equal to 39,000 kN in the X direction. 展开更多
关键词 Plow LONG-WALL MINING particle flow code numerical modeling
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Structure-type rockburst in deep tunnels: Physical modeling and numerical simulation
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作者 Guo-Qiang Zhu Yan Zhang +3 位作者 Shaojun Li Yang-Yi Zhou Jialiang Zhou Minglang Zou 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 2025年第6期3502-3523,共22页
Structure-type rockbursts frequently occur in deep tunnels,with structural planes and stress conditions being critical factors in their formation.In this study,we utilized specially developed analogous materials that ... Structure-type rockbursts frequently occur in deep tunnels,with structural planes and stress conditions being critical factors in their formation.In this study,we utilized specially developed analogous materials that exhibit the high brittleness and strength characteristics of deep hard rock to construct physical models representing different types of structural planes,including composite,exposed,non-exposed,and throughgoing structural planes.Physical simulation experiments were conducted on structuretype rockbursts in deep horseshoe-shaped tunnels,focusing on strain differentiation characteristics,critical triggering conditions,critical crack opening displacement,the incubation process,the reduction effects of structural planes on failure intensity,and formation mechanisms.These experiments were complemented by acoustic and optical monitoring,as well as discrete element numerical simulations,to provide a comprehensive analysis.The results revealed that the most significant strain heterogeneity in the surrounding rock occurs at the tip of the structural plane along the tunnel's minimum principal stress direction,driven by the combined effects of tensile and shear forces.We quantitatively determined the critical stress and strain conditions for structure-type rockbursts and evaluated the intensity of rockbursts induced by different structural planes using critical crack opening displacement(COD)values,the uniformity coefficient,and the curvature coefficient.Analysis of acoustic emission events,including frequency,amplitude,and b-value,indicated that the macro-fracture process is governed by both the principal stress differential and the characteristics of the structural plane.Furthermore,using the bearing capacity reduction coefficient,we found that exposed structural planes have the most significant weakening effect on rock mass strength,followed by non-exposed and throughgoing structural planes.The analysis of average frequency(AF)and rise angle(RA)parameters revealed a close correlation between the failure modes of structure-type rockbursts,the rock mass structure,and the stress levels.These findings provide critical theoretical support for the prediction and prevention of structure-type rockburst disasters. 展开更多
关键词 Deep tunnel ROCKBURST Structural plane Strain heterogeneity Physical model test particle flow code(pfc)
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基于PFC数值模拟的覆盖型岩溶土洞塌陷研究
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作者 陈小茜 刘哲 +4 位作者 朱燕 李昱 曾斌 陈盛 黄康 《中国科技论文》 CAS 2024年第12期1309-1320,共12页
针对江山市覆盖型岩溶塌陷灾害易发区域,采用颗粒流(particle flow code,PFC)数值模拟方法,建立降雨条件下覆盖型岩溶塌陷数值模型,揭示岩溶土洞塌陷的细观演化过程,得到覆盖层土体颗粒的位移特征及土洞形成过程中裂纹扩展情况,计算土... 针对江山市覆盖型岩溶塌陷灾害易发区域,采用颗粒流(particle flow code,PFC)数值模拟方法,建立降雨条件下覆盖型岩溶塌陷数值模型,揭示岩溶土洞塌陷的细观演化过程,得到覆盖层土体颗粒的位移特征及土洞形成过程中裂纹扩展情况,计算土洞塌陷临界高度。研究结果表明:系统不平衡力、颗粒位移、裂纹数目三者同时大幅度变化时,土体内部发生渗流破坏,且系统不平衡力变化幅度越大,土体渗透破坏程度越大;土洞发育过程中,土体应力变化如下,应力平衡—应力集中—裂纹形成—裂纹形成连通面—颗粒剥落—应力平衡;土洞扩展具有阶段性,即向上扩张—两侧扩张—继续向上扩张(此阶段得到的土洞高度为最大临界值)—地表塌陷。 展开更多
关键词 颗粒流 岩溶塌陷 细观角度 渗流破坏 临界高度
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PFC软件在建材矿山溜井落矿方面的模拟应用探讨 被引量:1
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作者 邓勇 陈亮 +1 位作者 王大海 吴海林 《中国水泥》 CAS 2024年第6期108-110,共3页
利用Itasca PFC(Particle Flow Code)软件对建材矿山的矿石溜井放矿过程进行模拟,通过对溜井内矿石运动模拟具体过程的详细分析,总结了矿石在溜井内的运动规律及其对井壁的冲击位置。通过模拟,优化溜井设计,提高溜井使用的安全性,减少... 利用Itasca PFC(Particle Flow Code)软件对建材矿山的矿石溜井放矿过程进行模拟,通过对溜井内矿石运动模拟具体过程的详细分析,总结了矿石在溜井内的运动规律及其对井壁的冲击位置。通过模拟,优化溜井设计,提高溜井使用的安全性,减少对井壁的冲击损伤。并对利用PFC软件进行此类模拟的优势进行了探讨。 展开更多
关键词 矿石溜井 放矿过程 Itasca pfc(particle flow code)软件 模拟 模拟溜井
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基于PFC的全长灌浆锚固系统渐进失效过程模拟
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作者 刘秀军 马占国 《工程建设》 2024年第10期7-15,共9页
随着岩土锚固技术的飞速发展,锚固系统的变形破坏机理仍是当前的热点问题。鉴于PFC软件在模拟岩土体裂隙发育、扩展、失稳等非连续现象方面具有较明显的优越性,文章基于PFC5.0软件建立了全长灌浆锚固系统颗粒流计算分析模型,并根据室内... 随着岩土锚固技术的飞速发展,锚固系统的变形破坏机理仍是当前的热点问题。鉴于PFC软件在模拟岩土体裂隙发育、扩展、失稳等非连续现象方面具有较明显的优越性,文章基于PFC5.0软件建立了全长灌浆锚固系统颗粒流计算分析模型,并根据室内试验和现场拉拔试验结果对模型细观参数进行了标定,从位移场演化规律、应力场演化规律、裂隙扩展规律、组构变化规律以及能量变化等5个方面,系统地总结了全长灌浆锚固系统在拉拔荷载作用下的渐进失效特征。研究表明:PFC能够很好地应用于全长灌浆锚固系统等离散介质的模拟分析中,锚固系统内的位移场、应力场、裂隙、组构及能量等的变化规律均能反映其承载性能状况。 展开更多
关键词 颗粒流软件(pfc) 全长灌浆锚固系统 拉拔试验 渐进失效 数值模拟
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基于离散单元法的地震高边坡拟静力稳定分析 被引量:1
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作者 杨贵 廖苑华 刘宇 《河南科学》 2025年第2期250-256,共7页
随着高边坡工程的建设日益增多,高地震烈度区边坡稳定性问题越来越受到工程重视。提出了模拟地震作用的拟静力分析方法,以某露天矿工程的高边坡为例,基于离散元法开展了地震作用下高边坡的破坏形式及滑动范围的研究。提出了临界滑移距... 随着高边坡工程的建设日益增多,高地震烈度区边坡稳定性问题越来越受到工程重视。提出了模拟地震作用的拟静力分析方法,以某露天矿工程的高边坡为例,基于离散元法开展了地震作用下高边坡的破坏形式及滑动范围的研究。提出了临界滑移距离这一概念,基于此开展了临界滑移距离、峰值加速度和颗粒摩擦系数对破坏形态和滑动范围影响的研究。结果表明:土颗粒的滑动范围随着临界滑移距离的增大呈现出非线性增大的形态,当临界滑移距离超过3倍颗粒直径时,土体滑动范围变化较小;边坡滑动范围随着峰值加速度的增加而增大,边坡的滑动是先在每一级台阶产生,再逐步从单台阶的滑动连成一片最后发展至深部形成大范围的连体的滑动;边坡滑动范围、滑动位移和计算时长随着摩擦系数的减小而增大,当临界滑移距离超过2倍颗粒直径后,边坡的滑动范围变化不明显。在数值模拟过程中若只考虑边坡土体的滑动范围,可适当提高滑动土体的摩擦系数以此来有效降低计算时间。 展开更多
关键词 高边坡 边坡稳定 颗粒流 拟静力法 地震作用
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断续节理直剪试验与PFC^2D数值模拟分析 被引量:81
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作者 刘顺桂 刘海宁 +2 位作者 王思敬 胡波 张晓平 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第9期1828-1836,共9页
在以往有关断续节理模型试验和数值模拟的研究基础上,设计不同连通情况和法向应力的断续节理模型材料直剪试验,并采用颗粒流离散元软件PFC2D对模型试验进行全真数值模拟。以贯通节理试样、完整试样的剪应力–应变数值模拟曲线和模型试... 在以往有关断续节理模型试验和数值模拟的研究基础上,设计不同连通情况和法向应力的断续节理模型材料直剪试验,并采用颗粒流离散元软件PFC2D对模型试验进行全真数值模拟。以贯通节理试样、完整试样的剪应力–应变数值模拟曲线和模型试验曲线吻合作为PFC细观力学参数选取准则,并利用获得的细观力学参数对共面断续节理试样直剪试验进行数值重现。对比分析数值模拟曲线和模型试验曲线,对断续节理受剪贯通的力学机制进行研究。根据模型试验和数值试验的成果,分析断续节理预剪面上应力随剪应变的演化过程,发现剪切过程中的剪胀效应使得岩桥承担更多的压应力,从而提高了岩桥的抗剪强度。对断续节理岩体在直剪加载条件下的破坏机制进行讨论,将整个剪切过程分为线弹性阶段、初裂阶段、峰值阶段、峰后阶段及残余阶段5个阶段。 展开更多
关键词 岩石力学 断续节理 连通率 pfc^2D 直剪 抗剪强度峰值 数值模拟 岩桥
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PFC滑坡模拟二、三维建模方法研究 被引量:33
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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
16
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
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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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改进的PFC流固耦合模型及其储层页岩渗透破坏模拟研究 被引量:1
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作者 刘先珊 曾南豆 +4 位作者 张立君 侯泽林 潘玉华 郝梓宇 李涛 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期467-482,共16页
深入研究储层页岩的裂缝扩展及其渗透性演化过程是有效确定储层页岩气采收率的关键.基于颗粒流离散元法(PFC)软件,针对PFC经典流固耦合算法的局限性,提出使用几何图形替换接触定义流体流动管道的流固耦合分析方法,解决经典算法中因为接... 深入研究储层页岩的裂缝扩展及其渗透性演化过程是有效确定储层页岩气采收率的关键.基于颗粒流离散元法(PFC)软件,针对PFC经典流固耦合算法的局限性,提出使用几何图形替换接触定义流体流动管道的流固耦合分析方法,解决经典算法中因为接触破坏而导致流动管道失效的问题,能更真实地描述页岩破坏后的裂缝优先流效应.建立基于改进流固耦合算法的层理页岩颗粒流模型,分析荷载作用下页岩渗流过程中的孔隙压力和流量演化规律,对比试验结果以验证其算法的合理性.进一步研究了不同围压组合渗透压的页岩渗透特性,其结果表明:层理倾角对页岩初始渗透率的影响显著,围压一定时,其初始渗透率随层理倾角增加而增大,围压越小则影响程度越大;渗透压一定时,初始渗透率随围压增大而减小.最后,深入研究了不同围压组合渗透压的页岩破坏模式,显示不同荷载组合下的裂缝形态差异显著,高围压高渗透压下的页岩破坏微裂缝多,以X型剪切破坏或拉-剪混合破坏为主,而低围压低渗透压下的页岩破坏大多沿层理面形成剪切破坏.以上成果可为水力压裂诱发储层页岩损伤破裂的渗流通道形成及其渗透性演化提供科学依据和技术支持. 展开更多
关键词 颗粒流程序(pfc) 流动结构 渗透率 逾渗 损伤 流固耦合 破坏模式
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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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