PFC软件在建材矿山溜井落矿方面的模拟应用探讨

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。

浅谈PFC软件在岩土工程中的应用

由于岩土体的非连续性,在模拟复杂岩土体力学行为方面,基于连续介质理论的传统数值软件所得结果与工程实际存在较大差异,而PFC软件能弥补前者不足。文章介绍了PFC软件的基本原理及特点,分析了PFC软件与传统数值软件模拟方法的异同点,归纳了其计算步骤,并系统阐述了PFC在岩土体本构模型、地质灾害分析、基坑及地基处理、隧道工程数值模拟等领域的应用现状,探讨了PFC软件被广泛应用于岩土工程的可行性。最后,提出目前PFC软件应用过程中存在的主要问题及其在岩土工程领域的发展方向。

PFC3D软件在农业机械定性分析上的应用

介绍了PFC3D软件的优点、直接力学测量技术、三维建模技术以及真实模拟过程。综述了PFC3D在机械设计仿真方面的应用实例。

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。

基于PFC2D软件陶粒混凝土抗压强度分析

针对陶粒混凝土的强度特点,骨料强度低于水泥砂浆强度导致的破坏形态,应力分布的变化。基于陶粒的筒压强度测试,通过PFC^(2D)软件获得了陶粒的基本力学参数,在此基础上使用PFC^(2D)对陶粒混凝土进行了抗压试验模拟。分析应力云图、裂缝变化以及强度曲线发现,在陶粒混凝土抗压试验模拟中,应力会从中间向两边传递,优先集中在粒径较大的骨料周边。总结了3种抗压结构:单独存在骨料、有一定间距的骨料团、距离较近的骨料团,结果发现,骨料间距为0~5 mm时承载效果较好。通过应力-应变曲线发现,当骨料粒径跨度较小且粒径较小时,整体承载能力较好。

基于PFC2D软件的太平矿业公司自然崩落采矿法拉底方式优选

针对太平矿业公司自然崩落采矿法回采工艺中不同拉底方式优选问题,采用PFC2D软件进行对比模拟分析。模拟不同拉底方式下,不同拉底推进距离对应的应力变化规律,最终确定太平矿业公司最优拉底方式为前拉底,拉底推进距离25~30 m,该距离范围内底部结构及出矿工程所受压力相对较小,底部结构整体稳定性较好,有利于支护成本的降低,可为矿山下一步安全高效回采提供理论指导。

抗滑桩桩宽及桩间距对土拱效应的影响数值模拟研究

为研究抗滑桩产生的土拱效应影响因素,文章以某公路边坡为研究对象,在对该边坡进行现场地质调查的基础上,采用离散元数值模拟软件PFC,分析不同桩宽和桩间距对土拱效应的影响。主要结论如下:(1)影响土拱效应的因素包括抗滑桩桩宽、桩间距、土体粒径及力学性质等;(2)抗滑桩越宽,产生的土拱越明显,且抗滑桩极限承载能力越强,两者之间满足函数关系qmax=466.85b+99.04;(3)土拱极限承载力与桩间距呈负相关,两者之间满足幂函数qmax=2770.1S-0.58。研究结果对于抗滑桩桩宽及桩间距的合理设计具有一定的参考意义。

基于PFC对含断续节理岩质边坡静力荷载下破坏形式的研究

在含断续节理岩质边坡的破坏中,阶梯状破坏尤其显著,是一种常见的失稳破坏形式。借助二维颗粒流软件(PFC2D5.0)进行简单地质结构模型下的边坡数值模拟,通过采用PFC软件中的人工合成岩体技术,研究了7种不同组合形式下含断续节理岩质边坡的破坏形式及其内部微观接触力场的演变规律。首先对PFC软件中采用的微观力学性质参数进行了验证模拟,通过对完整岩块进行双轴压缩试验和巴西劈裂试验的模拟,得出其应力-应变曲线和强度包络线,从而计算出完整岩块的内聚力、内摩擦角等宏观力学参数;然后通过对含裂隙的颗粒集合体进行直剪试验的模拟,得出其剪应力-剪切位移曲线以及峰值强度和残余强度与正应力的关系曲线,从而计算出裂隙的内聚力和内摩擦角;最后对含上述微观力学性质参数的边坡进行静力荷载下破坏形式的模拟,得出裂隙萌生前应力集中、裂隙萌生后应力释放,以及可将潜在滑动面上方的坡体位移分成4个区,即坡脚处最大位移区、坡肩处较大位移区、坡体内部较小位移区、坡体后缘最小位移区,并验证了萌生的裂隙一般会近垂直于岩桥向坡体表面扩展,切割潜在滑动面以上坡体。

基于PFC的软土路基抛石挤淤过程的数值计算研究

以某高速公路抛石挤淤项目为依托,运用PFC颗粒流软件分析了石块粒径、淤泥混砂软土层的淤泥含量、路基自身荷载3种因素对抛石挤淤深度的影响,并计算了抛石挤淤后挤淤层的等效力学参数。研究结论表明:石块粒径、淤泥混砂软土层的淤泥含量、路基自身荷载是影响抛石挤淤处理深度的重要因素,且呈正相关关系。良好的抛填块石级配、在挤淤层上施加外部荷载能够提高抛石挤淤效果。

富水砂层基坑止水缺陷高宽比对漏水漏砂的影响

在富水砂层地质条件下,基坑支护常因止水缺陷导致水土大量流失,进而引发地表沉降。目前有关止水缺陷导致基坑漏水漏砂灾害方面的研究还有待深入。本文以江西省南昌市临近赣江某地铁基坑砂土为研究对象,考虑基坑止水缺陷高宽比因素,通过可视化室内实验装置研究基坑缺陷漏水漏砂灾害的演化过程,并利用PFC3D软件进行模拟对比分析,探究几何形态和微观变化过程。结果表明:止水缺陷高宽比越大,漏水漏砂发展速度越快,颗粒流失速率越大,砂土颗粒受侵蚀范围越大;缺陷高宽比由1:1增加至2:1时,颗粒损失个数由2673扩大至40127,土拱形成时间从60万步发展至无法形成土拱,存在出现土拱时的临界缺陷高宽值。数值模拟过程中的配位数波动表明,漏水漏砂过程中细颗粒与粗颗粒骨架之间一直产生着剧烈碰撞,水土的流失导致孔隙率与渗透系数的增加,进而加剧漏水漏砂现象。

基于改进PFC流固耦合算法的页岩水力压裂裂缝扩展研究

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。

截齿截割角度对截割性能的影响研究

以悬臂式掘进机为主的机械开挖是实现金属矿山连续化开采、推动智能矿山建设的重要手段,截齿截割角度是影响截齿受力情况的重要参数,从而影响掘进机掘进效率。为了优化截齿参数,采用Rhino软件和PFC3D软件建立了截齿截割岩石模型,在对试验数据进行验证的基础上,开展了不同截割角度(45°、50°、55°、60°和65°)下截齿截割花岗岩数值模拟试验研究。结果表明:基于PFC3D软件的截齿模拟试验具有可靠的精度,模拟试验与室内试验结果之间的相对误差分别为13.59%和16.92%。同时,不同截割角度下截齿的受力情况不同,在55°时截齿截割角度能够得到较好的改善。

基于PFC2D-DFN的自然崩落法数值模拟研究

采用二维颗粒流软件PFC2D构建矿山模型,引入符合矿山实际节理产状的DFN网络,基于室内岩石试验及矿山实际崩落情况,标定模拟所用细观参数。以某工程应用为实例,模拟分析崩落破坏机理与崩落区演化趋势。结果表明:裂纹发起于推进面与顶板交界处,在拱形区域内密集扩展、贯通,矿岩破裂以节理拉伸破坏为主,矿堆以岩石剪切破坏为主;崩落区前期呈拱形演化,崩透地表后引起邻近高陡边坡滑动;部分拉底仅造成新开挖顶板上方局部崩落。该研究结果可对矿山崩落采矿起到指导作用。

土石混合体PFC模拟的力学特性和微观机制分析

土石混合体的破坏形态比较复杂,抗压试验在研究其力学特性和破坏形态分析方面有着重要作用。现从微观角度出发运用PFC软件中颗粒簇(cluster)来创建岩石块体,制作土石混合体试样。结果表明,含石量的多少会影响不同土石混合体破坏时的剪切带形态,含石量较低时,破裂主要发生在土颗粒之间的接触地带,试样内部比较容易形成几条贯通的破裂面,形状相对平直;当含石量较高时,破裂容易发生在碎石块颗粒的接触处,破裂面绕过碎石块颗粒,破裂面的起伏较不平整,变化也比较明显。另外,粒度组成也是一个影响土石混合体抗剪强度的重要因素,粒度分维数不同,其应力-应变曲线的峰值强度也有所变化;对于含石量和其他参数一定的土石混合体,存在一个最优的碎石块级配,当达到这一最优级配时,其抗剪强度达到最大;对于当粒度分维数达到相对较优的土石混合体,其破坏时剪切带出现的较晚,这样更便于试样的稳定。

新疆天池南露天矿内排土场高段排土边坡稳定性分析及排土方案

为解决新疆天池南露天矿工作帮剥离物水平较高,内排土场下部台阶容量较小,上部容量大,导致物料下运困难的难题。采用PFC2D软件用于模拟边坡,结合小尺度试验,在西帮选取2个剖面,分别计算了边坡的安全稳定性并设计排土方案。结果表明,两个剖面的安全稳定系数分别为1.223和1.235,提出建立580~550 m与370~325 m排土台阶的设计方案,用以解决物料排弃过程中存在的安全隐患。同时提出在高段排土技术运用成熟且对排土空间需求增大后,在580 m水平试行建立595 m水平45 m排土台阶。

砌体结构倒塌全过程的颗粒流数值模拟

为研究砌体结构在地震作用下的倒塌机理,本文通过PFC2D(Particle Flow Code,PFC)颗粒流软件建立一个三层两跨砌体模型,输入地面震动波,模拟砌体结构在地震作用下的倒塌。结果表明:通过设置合理的模型参数,使用PFC2D软件可以较好地模拟砌体倒塌的全过程。通过对模型的裂纹分布、应力应变及位移等进行分析,较好地反映出砌体结构在地震作用下构件开裂、失效、局部倒塌到整体倒塌的全过程。可以定性了解砌体结构在强震作用下的薄弱部位:边缘墙破坏更严重,底层墙体比上层严重,砌体房屋门窗洞口四角处更易发生破坏。PFC2D颗粒流软件有计算速度快和易实现大规模计算的优点,应用范围广泛。使用该软件并将其应用于建筑物的动态灾变过程研究,能够找出结构的易损部位,方便设计人员采取针对性措施来提高其抗震性能,也能为多层砌体结构建筑的抗震加固提供依据。

不同动静载荷组合作用下盘形滚刀破岩机制

为了研究TBM盘形滚刀在不同动静载荷组合作用下切削花岗岩过程中的切削特性,在动静载荷组合作用下对盘形滚刀进行受力分析,采用颗粒离散元法建立岩石破碎全过程的二维数值模型,研究破岩过程岩石内部的裂纹扩展情况、内应力分布情况以及盘形滚刀的贯入度和破岩比能耗,分析在不同动静载荷组合作用下盘形滚刀破岩的情形,得到破岩效果最优的动静载荷组合。研究结果表明:随着静载荷和冲击动载荷增加,盘形滚刀的贯入度增加;盘形滚刀在动静载荷组合作用下破岩过程分为3个阶段,岩石内部应力基本符合J.Boussinesq应力圆规律;动静组合载荷作用下,岩石内部萌发的侧向裂纹比中间裂纹扩展得更快,以受拉破坏为主;破碎体积、贯入度和破岩效率相对于单一静载或单一动载有很大的提高;合理选取动静组合载荷能使破岩比能耗最小,破岩效果最好。

采用BP神经网络和Burgers模型的细观参数标定

PFC软件作为一款成熟的离散元分析软件,由于在处理连续与非连续介质方面的出色表现,得到了广泛的应用。但PFC软件所需要的细观参数均需要采用室内试验数据通过试错法反复调试才能获得,效率低、盲目性高,严重影响后续试验数据,因此需要细观参数校准方法标定PFC。该研究以玉米秸秆颗粒的单轴蠕变试验为基础,结合离散元软件PFC 2D,通过正交试验多因素方差分析方法分析了Burgers模型宏细观参数之间的影响关系,从而证明宏细观参数之间存在着复杂关系,不宜采用通过回归分析获得宏细观参数之间的关系式的方式标定细观参数,适合利用BP神经网络进行参数标定,利用创建的BP神经网络对细观参数进行标定,根据测试组的标定结果分析得出Burgers模型各细观参数的标定精度均在92%以上,且误差较为稳定,而且训练好的神经网络相关系数R>0.96,从而证明BP神经网络的细观参数标定性能较为可靠。将玉米秸秆单轴蠕变试验的宏观参数带入训练好的BP神经网络中进行细观参数标定,比对模拟蠕变试验与物理蠕变试验发现,两者的蠕变曲线基本一致,应变量的最大误差为2%,证明了BP神经网络具有良好的参数标定能力,方法可为PFC参数标定提供一定的参考价值。

不同端壁倾角对放矿指标的影响研究

无底柱分段崩落法开采损失贫化率较大,且较难控制。本文采用PFC颗粒流软件模拟不同的端壁倾角放矿,通过模拟分析,统计矿石回收指标和放出体形态,得出矿岩流动规律,为实际放矿控制提供理论指导。