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Simulation and Mechanical Analysis of the Squeezing Silt Process by Riprap Using Particle Flow Code(PFC): A Case Study of Maoming Port Breakwater
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作者 YAO Yun-long LIU Xin +3 位作者 SHI Yun-qiang LENG Xin-liang ZHANG Si-qing SHAO Zhiwei 《China Ocean Engineering》 2025年第6期1176-1188,共13页
Rubble mound breakwaters, a prevalent type of sloping breakwater structure, are extensively employed in port and coastal infrastructure projects. Under soft soil foundation conditions, the process of squeezing silt by... Rubble mound breakwaters, a prevalent type of sloping breakwater structure, are extensively employed in port and coastal infrastructure projects. Under soft soil foundation conditions, the process of squeezing silt by riprap is implemented to enhance bearing capacity through soft soil replacement and compaction. However, predicting the depth law of squeezing silt by riprap and understanding its mechanism remain significant engineering design challenges.This study employs particle flow code(PFC) based on the discrete element method to simulate the squeezing silt process by riprap, examining variations in depth law under different geological conditions and its mechanical characteristics.Through calibration of the PFC model's meso-parameters via macro-experiments, the study analyzes the effects of riprap size, drop height, and soft soil properties on the depth law of squeezing silt. Findings demonstrate that riprap drop height and soft soil thickness substantially influence the depth, while appropriate calibration of meso-parameters enhances simulation accuracy. This research contributes theoretical and practical guidance for optimizing rubble mound breakwater design, understanding squeezing silt mechanisms, construction practices, and riprap quantity estimation. 展开更多
关键词 rubble mound breakwater squeezing silt by riprap particle flow code(PFC) depth law of squeezing silt by riprap riprap quantity estimation
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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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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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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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基于离散单元法的地震高边坡拟静力稳定分析 被引量:2
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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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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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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 被引量:1
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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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Triaxial compression test of MICP sand column and simulation of failure process 被引量:1
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作者 Siriguleng Bai Kai Li +1 位作者 Tala Bao Chi Li 《Biogeotechnics》 2025年第3期76-82,共7页
Microbially induced calcium carbonate precipitation(MICP)technology can induce calcium carbonate crystals with cementation and stable performance in the process of microbial metabolism or enzymization through the regu... Microbially induced calcium carbonate precipitation(MICP)technology can induce calcium carbonate crystals with cementation and stable performance in the process of microbial metabolism or enzymization through the regulation of environmental factors MICP can be used as a cementing agent to cement cohesionless sand particles to form the materials with the characteristics of higher strength,better durability and environmental friendli-ness,as well as a good engineering application prospect.In this paper,the shear strength of sand column was tested by triaxial compression tests,and the strength index was obtained.In order to further study the micro-strength mechanism and the failure process,based on the discrete element method,a numerical model of MICP cemented sand column was established considering the factors of matrix soil particle gradation,particle mor-phology,content ratio of induced calcium carbonate,pore distribution characteristics,inter-particle cementation and so on.The failure process of MICP cemented sand column under load was analysed by numerical simulation,and the reliability of the numerical model was tested by combining with the stress intensity curve of samples under test conditions.The results indicate that compared with the actual triaxial tests of MICP cemented sand column,although there are deviations in stress and strain,cohesion and internal friction angle,the numerical simulation shows similar development law and intensity amplitude,and the same failure trend.The work in this paper verifies the reliability of the numerical model and provides a theoretical basis for the subsequent analysis of the factors influencing the geotechnical mechanical properties of biomineralized materials. 展开更多
关键词 Biotreated geomaterial Microbially induced calcite precipitation Triaxial compression Consolidated sand particle flow code(PFC)simulation Failure mechanism
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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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平行双隧道在不同列车荷载作用下动力响应分析
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作者 武林 汪佳燕 +2 位作者 黄姚威 边晓亚 刘辉 《施工技术(中英文)》 2025年第6期8-14,99,共8页
受地下空间限制,城市地铁双线隧道间距较小,运营期双隧道列车运行时易产生相互影响。为研究近间距平行地铁双隧道中列车不同荷载对相邻隧道的动力影响,基于颗粒流分析程序PFC2D建立双隧道模型。模拟在左隧道中单节列车处于正常荷载(62.4... 受地下空间限制,城市地铁双线隧道间距较小,运营期双隧道列车运行时易产生相互影响。为研究近间距平行地铁双隧道中列车不同荷载对相邻隧道的动力影响,基于颗粒流分析程序PFC2D建立双隧道模型。模拟在左隧道中单节列车处于正常荷载(62.4kN)、超载1(92.0kN)和超载2(121.6kN)3种工况下,得到右隧道钢轨和管片各监测点的位移与速度时程曲线图,通过比较各监测点的纵向和横向位移及速度得出不同列车荷载对相邻隧道的动力影响。结果表明:3种工况下,钢轨和管片动力响应的最大点均发生在靠近隧道1振源一侧,且3种工况下各监测点的竖向动力响应约为水平动力响应的3倍;左隧道内列车超载1会显著增大右隧道各监测点的动力响应,但列车荷载的增加对右隧道动力响应的增幅作用逐渐衰减,呈非线性关系;超载2(121.6kN)会引起右隧道管片的不均匀位移,在靠近左隧道一侧位移增量最大。因此,应重视近间距平行双隧道列车超载对相邻隧道的动力响应,尤其是右隧道中靠近左隧道一侧。 展开更多
关键词 隧道 地铁 超载 颗粒流方法 动力响应
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基于薄层板岩力学特性的软弱围岩隧道变形控制技术
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作者 邢培刚 张猛 赵建军 《国防交通工程与技术》 2025年第5期10-14,47,63,共7页
针对层状岩体力学参数确定体系不完善、高地应力层状围岩隧道特殊的变形特征以及控制技术难度大等问题,依托西成铁路甘青隧道,采用颗粒流程序开展了不同倾角的薄层板岩单轴压缩和双轴压缩试验,利用有限差分程序研究了不同岩层倾角隧道... 针对层状岩体力学参数确定体系不完善、高地应力层状围岩隧道特殊的变形特征以及控制技术难度大等问题,依托西成铁路甘青隧道,采用颗粒流程序开展了不同倾角的薄层板岩单轴压缩和双轴压缩试验,利用有限差分程序研究了不同岩层倾角隧道围岩应力场和位移场分布特征,并提出了相应的变形控制技术。研究表明:①采用PFC程序的SJM模型能综合考虑岩石基质和层理面作用,可较好确定板岩的双向变形参数和抗剪强度指标随层理倾角变化关系式;②层状围岩应力场、变形场和塑性区皆呈现较强的非对称性特征,其中倾角60°为最不利工况;③提出了定向锚固+长短锚杆结合的主动支护手段,可降低隧道变形量、减弱围岩非对称变形特征。所得结论可为层状围岩隧道变形控制技术研究提供参考。 展开更多
关键词 层状围岩 隧道 岩体力学参数 颗粒流程序 非对称变形 主动支护 长短锚杆支护
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岩石破裂过程中声发射特性的颗粒流分析 被引量:65
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作者 周喻 吴顺川 +2 位作者 许学良 孙伟 张晓平 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期951-959,共9页
以颗粒流理论和PFC程序为平台,根据矩张量理论建立细观尺度上岩石声发射模拟方法。该方法可同时给出声发射事件发生的时间、空间、破裂强度等特征,再现岩石裂纹孕育、发展和贯通过程,从而揭示岩石的破坏机制。结合室内花岗岩破裂全过程... 以颗粒流理论和PFC程序为平台,根据矩张量理论建立细观尺度上岩石声发射模拟方法。该方法可同时给出声发射事件发生的时间、空间、破裂强度等特征,再现岩石裂纹孕育、发展和贯通过程,从而揭示岩石的破坏机制。结合室内花岗岩破裂全过程声发射特性试验研究成果,通过试验和计算结果的对比分析,验证该方法的可靠性,并得到以下结论:(1)在试样峰值强度前,声发射事件次数较少、破裂强度较低,且在试样内部随机分布;从试样峰值强度起至破坏时的残余强度,声发射事件次数较多、破裂强度较高,且主要沿宏观破裂带附近分布。(2)声发射事件次数随破裂强度变化近似呈正态分布。在均值与最大破裂强度之间,声发射事件累积数随破裂强度的降低近似呈线性对数函数关系。(3)每次声发射事件所包含的微破裂数,随破裂强度的提高而增加,近似呈波尔兹曼函数关系。(4)声发射事件次数与微破裂数近似呈负指数函数关系,即包含微破裂数越少的声发射事件,其所占总数的比例越大。研究成果可弥补现有声发射试验及模拟方法的不足,并作为一种新的手段为声发射试验与现场微震监测研究所利用。 展开更多
关键词 岩石力学 岩石破裂 声发射 模拟 矩张量 颗粒流理论 颗粒流程序 细观
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加载速率对岩石材料力学行为的影响 被引量:112
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作者 尹小涛 葛修润 +1 位作者 李春光 王水林 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第A01期2610-2615,共6页
加载速率会造成岩石材料破坏形态的改变,材料破坏过程中存在塑性向脆性转变的临界速率。在颗粒流程序下,通过Fish语言编程,虚拟实现岩石数值试件,并进行0.0005,0.0010,0.0050,0.0500m/s四个加载速率下的单轴压缩数值试验。分析加载速率... 加载速率会造成岩石材料破坏形态的改变,材料破坏过程中存在塑性向脆性转变的临界速率。在颗粒流程序下,通过Fish语言编程,虚拟实现岩石数值试件,并进行0.0005,0.0010,0.0050,0.0500m/s四个加载速率下的单轴压缩数值试验。分析加载速率对岩石破裂形态、裂纹数量和扩展、应力-应变曲线和能量转换的影响。发现:加载速率的增加破坏优势剪切带的发展,使得剪切带等速发展,材料呈现锥形破坏;加载速率的增加使得材料的力学性能表现出极大的伪增强,材料更破碎,能量损失增大,这与材料吸收和破坏消散能量的能力有关。 展开更多
关键词 岩石力学 颗粒流 加载速率 破坏形态 裂纹 能量
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断续节理直剪试验与PFC^2D数值模拟分析 被引量:82
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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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岩石节理直剪试验颗粒流宏细观分析 被引量:66
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作者 周喻 MISRA A +1 位作者 吴顺川 张晓平 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期1245-1256,共12页
基于颗粒流理论和PFC程序,在解决建模过程中悬浮颗粒的消除、恒定法向荷载伺服机制的施加、拟静力加载状态的选取等问题后,较为完善地实现岩石节理PFC数值直剪试验,并分别从宏观和细观角度深入探讨节理在直剪试验过程中的力学演化特征... 基于颗粒流理论和PFC程序,在解决建模过程中悬浮颗粒的消除、恒定法向荷载伺服机制的施加、拟静力加载状态的选取等问题后,较为完善地实现岩石节理PFC数值直剪试验,并分别从宏观和细观角度深入探讨节理在直剪试验过程中的力学演化特征和破坏机制。结合已有的节理直剪试验成果,进行室内试验和计算结果的对比分析,验证计算方法的可靠性。研究成果如下:(1)随恒定法向荷载的增大,剪切应力及其峰值时刻的剪切位移增大,节理面上黏结破坏颗粒增多,而剪切阻抗和节理剪胀效应却降低;(2)随剪切位移的增加,节理面上粒间法向接触数不断减少,接触矢量方向逐渐向剪切荷载施加方向偏转,而粒间接触压力不断增大,裂纹不断沿节理面附近产生,破裂频数在剪切应力达到峰值时最为强烈;(3)数值试验得到的剪切阻抗值普遍高于试验值,但减小模型颗粒半径可有效降低计算剪切阻抗值。室内试验和计算结果对比分析表明,新提出的颗粒流计算方法非常适用于岩石节理直剪试验的数值模拟,可为室内节理直剪试验和PFC节理模型细观力学参数选取的深入研究提供有益的参考。 展开更多
关键词 岩石力学 节理 直剪试验 颗粒流理论 PFC 宏观 细观
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深埋大理岩脆性破裂细观特征分析 被引量:22
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作者 刘宁 张春生 +1 位作者 褚卫江 吴旭敏 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第A02期3557-3565,共9页
脆性材料的破裂过程与裂纹的扩展密切相关,其细观结构特征直接决定宏观力学行为表现,但目前受限于试验仪器,还无法完全把握脆性破裂的细观机制,必须将试验方法和数值方法有机结合。首先利用MTS完成大理岩的单轴和三轴压缩试验,并在试验... 脆性材料的破裂过程与裂纹的扩展密切相关,其细观结构特征直接决定宏观力学行为表现,但目前受限于试验仪器,还无法完全把握脆性破裂的细观机制,必须将试验方法和数值方法有机结合。首先利用MTS完成大理岩的单轴和三轴压缩试验,并在试验过程中对声发射信号进行全程监测,利用获得的试验数据详细分析深埋大理岩破裂特征,明确内部裂纹的发展演化规律以及对大理岩宏观力学特性的影响。通过引入颗粒流程序(PFC),借助于已经完成的单轴和三轴试验成果获得PFC计算中的颗粒参数和颗粒胶结面参数,利用BPM模型模拟脆性岩石的破坏。结果表明,PFC能够从细观尺度准确地再现深埋大理岩试验过程中的裂纹扩展和破裂特征,并且能够展现在实际试验过程中无法监测和获得的有价值的细观破坏特征,为描述脆性岩石的破裂特征和复杂力学行为提供可以依赖的描述方法。 展开更多
关键词 岩石力学 大理岩 破裂 细观 颗粒流程序(PFC)
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基于Otsu图像处理的岩石细观模型重构及数值试验 被引量:19
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作者 尹延春 赵同彬 +1 位作者 谭云亮 于凤海 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期2532-2540,共9页
基于大津法(Otsu)多阈值分割方法,利用数字图像处理技术获取了花岗岩细观结构的表征图像,并结合颗粒流程序,重构了反映岩石非均质结构特征的细观模型。通过单轴压缩试验,分析了花岗岩的失稳破坏过程,并研究了细观结构强度对宏观强度及... 基于大津法(Otsu)多阈值分割方法,利用数字图像处理技术获取了花岗岩细观结构的表征图像,并结合颗粒流程序,重构了反映岩石非均质结构特征的细观模型。通过单轴压缩试验,分析了花岗岩的失稳破坏过程,并研究了细观结构强度对宏观强度及破坏形态的影响。研究发现:花岗岩试件失稳破坏过程中存在4种裂纹形式,加载初期首先产生界面裂纹,其次是云母裂纹,长石和石英在应力接近极限强度时才破坏;当增大胶结界面或矿物强度时,花岗岩的抗压强度随之增加,但增加梯度逐渐减小;胶结界面或3种矿物细观强度的增大会使该结构处裂纹数量减小,而增加其他结构处的裂纹分布;相对于中等强度的长石和高强度的石英,低强度的胶结界面和云母矿物对花岗岩宏观强度和破坏形态的影响较大,是关键细观结构。将Otsu图像处理技术与颗粒流程序相结合,建立反映岩石真实结构的细观模型,为研究岩石非均质性对宏观力学特性的影响提供了一种有效手段。 展开更多
关键词 数字图像处理 细观结构 OTSU 颗粒流程序 强度
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基于颗粒流程序的真三轴应力状态下堆石体的变形和强度特性研究 被引量:28
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作者 周伟 谢婷蜓 +1 位作者 马刚 常晓林 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期3006-3012,3080,共8页
采用三维颗粒流程序,模拟了堆石体的真三轴试验,不仅研究了堆石体在三维应力条件下的宏观应力变形特点,而且将细观与宏观参数联系起来,进一步完善了对堆石体的研究。试验过程采用等中主应力比路径加载。通过比较堆石体真三轴颗粒流模型... 采用三维颗粒流程序,模拟了堆石体的真三轴试验,不仅研究了堆石体在三维应力条件下的宏观应力变形特点,而且将细观与宏观参数联系起来,进一步完善了对堆石体的研究。试验过程采用等中主应力比路径加载。通过比较堆石体真三轴颗粒流模型试验和室内真三轴试验结果,表明颗粒流程序能较好地模拟堆石体的力学特性。颗粒流数值试验结果表明,中主应力对堆石体在三向应力状态下的强度和变形特性均有显著的影响。应力比参数b从0~1变化过程中,中主应力面先压缩后膨胀,小主应力面一直处于压缩状态;中主应力对内摩擦角、弹性模量和泊松比也均有影响。从细观上看,围压越高,b值越大,颗粒配位数越大,孔隙率越小,故从细观角度解释了堆石体的宏观应力变形现象。 展开更多
关键词 堆石体 真三轴 PFC 数值试验 中主应力
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滑坡渐进破坏运动过程的颗粒流仿真模拟 被引量:27
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作者 王宇 李晓 +1 位作者 王声星 侯文诗 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2012年第12期46-52,共7页
采用颗粒流离散元模拟滑坡的变形破坏全过程,不需要假定滑动面的位置和形状,颗粒根据所受到的接触力调整其位置,最终从抗剪强度最弱面发生剪切破坏。白河滑坡是受强降雨影响诱发的上部顺层、下部微切层的大型古基岩滑坡,滑坡的发生是其... 采用颗粒流离散元模拟滑坡的变形破坏全过程,不需要假定滑动面的位置和形状,颗粒根据所受到的接触力调整其位置,最终从抗剪强度最弱面发生剪切破坏。白河滑坡是受强降雨影响诱发的上部顺层、下部微切层的大型古基岩滑坡,滑坡的发生是其独特内外因共同作用的结果。据现场调查资料,总结了滑坡的成因与形成机制。运用基于离散元法的颗粒流(PFC)程序,引入平行粘结模型,通过数值模拟,确定滑带土细观参数与宏观力学性质的关系;据此建立滑坡模型;然后,运用颗粒流离散元法对滑坡运动渐进全过程进行数值模拟,对滑坡不同关键部位进行位移、孔隙率变化及应变监测,阐明其渐进发展过程,明确其时空演化规律。模拟结果表明:上部的土体沿基岩面先出现开裂,导致中部滑体产生剪胀,对下部古滑体产生推挤作用,导致新老崩积堆积区及白河中学食堂地区的失稳,形成整体滑动。通过对白河滑坡发生→发展→破坏的动态演化模拟,可为工程决策提供理论依据。 展开更多
关键词 滑坡 颗粒流(PFC) 数值模拟 渐进破坏 平行粘结模型
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土坡稳定分析的颗粒流模拟 被引量:98
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作者 周健 王家全 +1 位作者 曾远 张姣 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期86-90,共5页
边坡的失稳破坏运动是一个存在岩土体的滑动、平移、转动的复杂过程,具有宏观上的不连续性和单个块体运动的随机性。采用颗粒流模拟土坡的变形破坏全过程,不需要假定滑移面的位置和形状,颗粒根据所受到的接触力调整其位置,最终从抗剪强... 边坡的失稳破坏运动是一个存在岩土体的滑动、平移、转动的复杂过程,具有宏观上的不连续性和单个块体运动的随机性。采用颗粒流模拟土坡的变形破坏全过程,不需要假定滑移面的位置和形状,颗粒根据所受到的接触力调整其位置,最终从抗剪强度最弱的面发生剪切破坏,因此离散元法是模拟边坡变形破坏力学行为的比较理想的途径。运用PFC(颗粒流)程序对砂性土坡和黏性土坡分别进行数值模拟,分析细观参数对土坡破坏型式的影响。结果显示,土性对边坡的破坏型式有很大的影响,随着颗粒黏性的增大,边坡破坏类型从塑性破坏向脆性破坏过渡。 展开更多
关键词 边坡失稳 颗粒流(PFC)离散元 数值模拟 土坡稳定
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