PFC3D颗粒流模拟纳米黏土改良黄土三轴试验

基于PFC3D软件研究不同纳米材料、掺量、围压、干密度对改良黄土力学性能的影响,确定改良黄土宏细观之间的参数关系,通过建立改良黄土数值模型、三轴试验,获得了改良黄土的应力–应变曲线。将数值模拟的结果与室内试验的结果相比较,通过数值模拟和室内三轴试验,得出的改良黄土抗剪强度指标基本吻合。试验结果表明:(1)围压一定时,改良黄土试样偏应力随纳米黏土掺量的增加而增大;改良黄土的应力与应变正相关,不同围压时,表现为软化型和强硬化型;(2)当凹凸棒土掺量小于2%时,数值模拟得到的抗剪强度总体小于室内试验得到的抗剪强度,材料大于2%时则相反;(3)纳米蒙脱土改良黄土数值试样材料掺量小于等于4%时,数值模拟得到的抗剪强度大于室内试验的抗剪强度,大于4%则相反。

基于PFC^(2D)颗粒流模拟的青砂岩冲击破裂能耗特性定量化表征

冲击载荷效应影响着岩体的稳定性,目前研究主要集中于岩石宏观破裂特征及能量演化规律,且大多属于定性研究,缺乏细观层面定量化表征。结合室内试验与细观参数标定,建立了青砂岩宏观-细观力学响应关系,分析了青砂岩在不同瞬时冲击速率下的破裂特点、裂纹数量、断裂时间与能量利用效率。结果表明:青砂岩破裂特征可分为局部、扩展及加剧破坏模式,裂纹扩展规律呈底部萌生、X状共轭斜面、密集扩展模式,裂纹扩展时间由快速增加逐渐趋于平缓,平均值为275μs;青砂岩能量利用效率分为缓慢增加、快速增加及稳定增加阶段,最大能量利用效率为10.851%;同时,通过拟合得到青砂岩破裂微单元数量、总裂纹数量、裂纹生成时间及能量利用效率与瞬时冲击速率的定量化关系。研究结果可为岩石破碎工艺参数合理选择提供指导。

含粗颗粒矸石浆液流变性能分析及管道输送特性模拟

粗颗粒含量会显著影响充填料浆的流变特性和管道输送性能。本文对含不同矸石粗颗粒的矸石浆液开展了流变特性测试,并在此基础上进行了管道输送特性数值模拟。试验和数值模拟结果表明:随着矸石粗颗粒含量增加,细矸石粉颗粒自絮凝形成的絮网结构强度减弱,致使矸石浆液的屈服应力和塑性黏度降低。在管道输送期间,矸石浆液由不稳定流逐渐向结构流过渡,较多的粗颗粒含量诱导结构流的形成时间向后推移。此外,粗颗粒含量显著影响矸石浆液的体积分数分布,含较少粗颗粒的矸石浆液均质性更高,而过多的粗颗粒则导会致管道底部淤积、聚集大量颗粒,浆液的均质性明显降低易引发堵管事故。依据压力降获得的矸石浆液沿程阻力损失随粗颗粒含量的增加而降低。综合考虑粗颗粒对矸石浆液流变性、稳定性、体积分数分布和沿程阻力损失的影响,推荐粗颗粒含量应不高于30%。

黏性土无侧限抗压试验颗粒流软件(PFC)模拟的微观分析

无侧限抗压试验在研究黏性土的力学性质和破坏形态方面有着重要的作用,现从微观方面出发利用颗粒流中的clump单元来模拟黏性土无侧限抗压试验的基本颗粒和"柔性边界"。结果表明初始孔隙比、摩擦系数、颗粒间的刚度和黏聚力都会对黏性土的力学性质和试样内部颗粒间粘结个数及排列方向的变化还有试样剪切滑移带的形态和相关内力变化产生显著的影响。

关于颗粒流软件PFC的离散元数值模拟参数标定

简要介绍了运用离散元理论及颗粒流软件PFC进行岩土类工程问题数值模拟的研究思路和方法,简述了运用PFC软件进行数值模拟时通常会遇到的关键性问题,通过结合笔者在研究过程中的实践经验,针对数值模拟的首要步骤即参数标定这一步,给出了相应的解决方案及研究结论。

颗粒流(PFC5.0)数值模拟技术及应用

版次:第一版出版时间:2018-08开本:小16开出版单位:中国建筑工业出版社标准书号:978-7-112【内容简介】本书是作者总结多年对颗粒流数值模拟技术的研究,著写完成的。本书具备专业性、实用性、可读性强的特点。全书主要内容包括:PFC5.0的基本特点与界面操作,PFC5.0基本命令与模型构建技术,奔向颗粒流高级应用的桥梁:FISH语言,伺服机制及数值试验实现技术,接触模型与参数标定方法研究,复杂岩土细观特征识别与随机重构技术,

基于PFC2D的泥质灰岩软弱夹层结构面直剪试验颗粒流模拟分析

对取自于某滑坡滑带上的泥质灰岩软弱夹层进行颗粒流PFC程序数值直剪试验模拟,并对直剪过程中结构面的力学演化机制和破坏特征进行细观方面的深入分析。分析得以下几点结论:(1)在结构面直剪开始至破坏阶段,中后部分的颗粒承受了更多的剪应力。(2)在剪切应力-位移曲线表现出塑性特征的剪切过程中,产生张拉裂纹,在此阶段裂纹急剧增加,裂纹的发展使得结构面上颗粒间的法向接触数量将明显减少,同时导致颗粒之间的接触压力显著提高,造成结构面上的张拉裂纹与剪切裂纹数量增加显著,剪切破碎带形状明显。

颗粒流方法及PFC2D程序

归纳总结了颗粒流模拟方法产生的背景 ,比较了与其他模拟方法的异同之处 。

滑坡渐进破坏运动过程的颗粒流仿真模拟

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。

土坡稳定分析的颗粒流模拟

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。

尾矿坝变形细观力学机理的颗粒流数值模拟

以新建四川省盐源县平川铁矿黄草坪尾矿库为工程背景,通过堆坝模型试验与室内土工试验,获得尾矿坝干滩面几何特征、颗粒分布规律及尾矿力学性质。基于离散元理论,采用PFC2D数值模拟软件进行双轴试验,与土工试验结果对比,得到尾矿细观力学参数,并分析尾矿坝颗粒接触力分布、颗粒位移与坝体结构变形特征。结果显示:1)初期坝中颗粒间接触力较大,形成的力链大致呈45°倾斜向上;坝体尾矿颗粒接触力随着埋深的增加而增大,在基岩凸起处接触力较大且集中。2)初期坝颗粒位移不明显,堆积坝少数尾矿颗粒沿坡面向下滚动,具有较大位移;尾矿堆积坝存在较为典型的滑移面,滑移面上部区域颗粒位移较大。3)初期坝结构变化不明显,尾矿堆积坝中靠近初期坝内坡面附近结构变形显著。

颗粒流数值模拟的现状

介绍了颗粒物质与颗粒流的概念以及目前颗粒流数值模拟的现状;按照采用的模型是否连续,将模型分为:连续介质模型和非连续介质模型两类;着重介绍了非连续介质模型中的离散元法(DEM):硬球模型和软球模型.通过颗粒流的数值模拟,可以对料仓、固定床、移动床和流化床等设备的设计和操作进行优化,因此在工程中具有重要意义.

落石冲击力评定的离散元颗粒流数值模拟

为使落石冲击力评定更合理、有效，以离散元模型（DEM）为理论基础，利用颗粒流（PFC）单元法研究垂直下落条件下落石对结构的冲击力，分析了落石高度、重力及回填土厚度对冲击力的影响规律．将PFC数值模拟结果与其他几种落石冲击力计算方法所得结果进行比较，结果表明：落石冲击力与落石高度及重力均呈明显的线性关系，落石冲击力随落石高度线性变化幅度与落石重力有关，而落石冲击力随落石重力线性变化幅度与回填土厚度有关；回填土厚度为0．6m时的冲击力比无回填土时减小50％～60％，回填土厚度大于2．0m时，缓冲幅度趋于稳定，说明回填土厚度有一个合理范围，超出时，结构总荷载会增大；离散元颗粒流数值模拟方法通过阻尼设置来模拟空气在落石下落过程中产生的作用，使得在评定大体积落石从较高高度下落时产生的冲击力更加合理．

自然崩落采矿法的颗粒流数值模拟

以自然崩落采矿法为研究对象,利用二维颗粒流数值模拟(PFC2D)的原理和方法,研究了自然崩落法矿体崩落规律.以某镍铜矿的地质条件及矿岩物理力学性质为依据,采用数值模拟的方法分析了自然崩落法的崩落规律.结果表明:PFC2D模型在分析自然崩落过程中力学机理的同时,能有效地模拟自然崩落法采矿过程,并且能直观地给出矿体在崩落过程中各种参数的具体形态变化.利用PFC2D模型预测该镍铜矿自然崩落法初始崩落拉底半径为10m,连续崩落的拉底半径为22m,有效地指导该矿自然崩落法的放矿.

考虑破碎的堆石料颗粒流数值模拟

以双江口300 m级高土石坝为工程背景,根据有关资料的试验数据,利用二维颗粒流计算机仿真技术对堆石料在一定围压下的颗粒破碎情况进行了数值模拟,数值试样由2574个簇颗粒单元组成。数值模拟与室内平面应变试验结果对比表明,用选定的细观参数进行数值模拟与平面应变试验结果基本一致,说明用颗粒流方法进行数值模拟能够较好的再现堆石料的颗粒破碎特性。与室内试验相比,数值仿真模拟还能得到颗粒破碎的细观演化规律和破碎带的分布范围,从而为进一步建立考虑颗粒破碎的堆石坝本构模型,研究大坝填筑、水库蓄水过程以及地震情况下的颗粒破碎过程以及颗粒破碎所引起的坝体变形提供了一条途径。

级配碎石力学性能的颗粒流数值模拟方法

为了从本质上揭示级配碎石组成结构与力学性能的内在关系,基于2维颗粒流软件提出了级配碎石力学性能的颗粒流数值模拟方法,并通过该方法以安康瀛湖石灰岩碎石为例研究了级配碎石的力学性能.结果表明：不同级配碎石的CBR（california bearing raio）、剪切强度和抗压强度的实测值分别为495%~692%,592~802kPa,1.29~1.54MPa;相应的模拟值分别为525%~736%,636~839kPa,1.34~1.54MPa;平均误差分别为4.50%,5.07%,5.15%.模拟结果与实测结果基本吻合,证明颗粒流数值模拟方法应用于级配碎石力学性能研究中的可行性.

土的室内平面应变试验的颗粒流模拟

作为颗粒流理论实际应用的前期可行性研究 ,针对具有凝聚力和无凝聚力的两类典型的内摩擦地质材料粘性土与砂土进行了材料试样室内平面应变试验结果的颗粒流PFC2D仿真 .对比研究表明利用颗粒流理论所建立起来的PFC2D数值仿真试验模型是能够通过改变计算模型中颗粒单元的性质 ,以及颗粒集合体的级配特征等给出与真实材料土工试验类似的本构行为的 .这种可行性最根本的意义在于基于颗粒流理论的数值仿真试验能够突破常规土工试验在仪器设备能力及试验条件上的局限性 ,对实际土样的本构行为作出理论方面的某种预测 .此外针对颗粒流仿真试样的细观力学特征与物理试样宏观力学响应之间的关系进行了参数研究 ,并揭示了一些规律 .这些工作对颗粒流理论在岩土工程实际应用方面的研究和开发有一定的参考价值 .

渗流的颗粒流细观模拟

本文基于颗粒流理论,运用PFC2D计算程序的FISHTANK函数库和FISH语言,定义了细观角度概念———流体域,并分别定义了流体域的流动方程和压力方程,将颗粒体与流体域耦合,推导出颗粒流理论显式求解的稳定条件,成功地对土中的渗流进行了模拟,得到了渗流过程中压力和流速的变化规律。结果表明,运用PFC2D程序模拟的渗流规律符合达西定律,这一结果为PFC2D在渗流和渗透破坏等方面的深入研究应用提供了一定的理论基础。

考虑颗粒破碎的砂土高应力一维压缩特性颗粒流模拟

以Toyoura砂室内高应力一维压缩试验结果为基础,利用二维颗粒流方法中的接触黏结模型生成簇颗粒单元来模拟实际砂土的颗粒破碎特性。高应力一维压缩数值试验中,数值试样由887个簇颗粒单元组成。数值试验与室内试验结果对比表明:数值试验得到的压缩曲线形状及颗粒破碎屈服应力大小均与Toyoura砂室内试验结果一致,说明数值试验能够较好地再现实际砂土在高应力一维压缩条件下的颗粒破碎特性。与室内试验相比,利用数值试验不仅能得到宏观的颗粒破碎现象,而且还能通过分析内部接触力的变化和对黏结破裂位置的追踪来研究颗粒破碎的细观演化规律,从而可进一步探讨颗粒破碎的细观力学机制。最后,就细观参数、加荷速率、簇颗粒数量及试样平均粒径等因素变化对数值试验结果的影响进行了分析。

隧道渗流侵蚀的颗粒流模拟

建造在砂土环境中的盾构隧道渗漏水会将砂土颗粒带入隧道内部,导致隧道周围砂土流失,引起隧道的不均匀变形与沉降。建立了隧道–土体离散元计算模型,模拟隧道不同部位发生局部渗流侵蚀时隧道中心位移、隧道表面土压力分布及地表沉降的变化。结果表明,隧道中心位移、地表沉降量均与颗粒流失比例呈线性增加关系;受颗粒流失及流失缝周围形成的颗粒力拱影响,隧道表面土压力重分布,会使流失缝宽度进一步扩大而加剧渗流侵蚀进程,且渗流侵蚀发生于隧道底部产生的影响大于渗流侵蚀发生于隧道腰部与顶部。