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Discrete modeling of rock joints with a smooth-joint contact model 被引量:5
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作者 C.Lambert C.Coll 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2014年第1期1-12,共12页
Structural defects such as joints or faults are inherent to almost any rock mass.In many situations those defects have a major impact on slope stability as they can control the possible failure mechanisms.Having a goo... Structural defects such as joints or faults are inherent to almost any rock mass.In many situations those defects have a major impact on slope stability as they can control the possible failure mechanisms.Having a good estimate of their strength then becomes crucial.The roughness of a structure is a major contributor to its strength through two different aspects,i.e.the morphology of the surface(or the shape)and the strength of the asperities(related to the strength of the rock).In the current state of practice,roughness is assessed through idealized descriptions(Patton strength criterion)or through empirical parameters(Barton JRC).In both cases,the multi-dimensionality of the roughness is ignored.In this study,we propose to take advantage of the latest developments in numerical techniques.With3D photogrammetry and/or laser mapping,practitioners have access to the real morphology of an exposed structure.The derived triangulated surface was introduced into the DEM(discrete element method)code PFC3D to create a synthetic rock joint.The interaction between particles on either side of the discontinuity was described by a smooth-joint model(SJM),hence suppressing the artificial roughness introduced by the particle discretization.Shear tests were then performed on the synthetic rock joint.A good correspondence between strengths predicted by the model and strengths derived from well-established techniques was obtained for thefirst time.Amongst the benefits of the methodology is the possibility offered by the model to be used in a quantitative way for shear strength estimates,to reproduce the progressive degradation of the asperities upon shearing and to analyze structures of different scales without introducing any empirical relation. 展开更多
关键词 Rock joint Shear strength DEM simulations smooth-joint model
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缓倾层状岩体各向异性力学性能与破裂特征研究
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作者 郑传湉 朱星宇 张志强 《四川大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期262-271,共10页
为研究缓倾层状岩体结构特性对其各向异性力学性能和破裂演化特征的影响,本文考虑不同结构面间距、强度、倾角等结构特征参数及模型尺寸效应,开展缓倾层状砂泥岩多因素影响试验研究.基于颗粒流方法建立缓倾层状岩体数值力学模型,通过室... 为研究缓倾层状岩体结构特性对其各向异性力学性能和破裂演化特征的影响,本文考虑不同结构面间距、强度、倾角等结构特征参数及模型尺寸效应,开展缓倾层状砂泥岩多因素影响试验研究.基于颗粒流方法建立缓倾层状岩体数值力学模型,通过室内试验标定了层状砂泥岩参数,并验证了所建立模型的有效性.通过颗粒流数值力学试验,创新性地研究层状岩体结构面的裂纹发育速率,进而揭示缓倾层状砂泥岩强度各向异性及破裂演化特征,确立其力学特性与结构面间距、强度、倾角三个结构特性之间的关系.研究结论:(1)引入的平节理模型(FJM)与光滑节理模型(SJM)建立的离散元力学模型,能表征缓倾层状岩体强度各向异性力学特性与破裂演化过程;(2)缓倾层状岩体切线模量与强度,随层间距和层间强度的增大而增大,随结构面倾角的增大而减小,破裂特征受结构面的影响逐渐增大,基于单组结构面理论计算结构面发生剪切破坏的临界角度为24.5°;(3)结构面裂纹的发育速度,随结构面间距的增大而减小、随结构面倾角的减小而减小,随结构面强度的变化不明显.本文研究结果为缓倾层岩体隧道的力学行为与围岩稳定性研究提供了参考. 展开更多
关键词 缓倾层状岩体 各向异性 颗粒流 破裂特征 平节理模型 光滑节理模型
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Heterogeneities of grain boundary contact for simulation of laboratoryscale mechanical behavior of granitic rocks
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作者 Xiongyu Hu Marte Gutierrez Zhiwei Yan 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2024年第7期2629-2644,共16页
From a practical point of view,grain structure heterogeneities are key parameters that control the rock response and still remains a challenge to incorporate in a quantitative manner.One of the less discussed topics i... From a practical point of view,grain structure heterogeneities are key parameters that control the rock response and still remains a challenge to incorporate in a quantitative manner.One of the less discussed topics in the context of the grain-based model(GBM)in the particle flow code(PFC)is the contact heterogeneities and the appropriate contact model to mimic the grain boundary behavior.Generally,the smooth joint(SJ)model and linear parallel bond(LPB)model are used to simulate the grain boundary behavior.However,the literature does not document the suitability of different models for specific problems.Another challenge in implementing GBM in PFC is that only a single bonding parameter is used at the grain boundaries.The aim of this study is to investigate the responses of a laboratory-scale specimen with SJ and LPB models,considering grain boundary heterogeneous and homogeneous contact parameters.Uniaxial and biaxial compression tests are performed to calibrate the response of Creighton granite.The stressestrain curves,volumetric dilation,inter-crack(crack in the grain boundary),and intra-crack(crack within the grain)development,and failure patterns associated with different contact models are examined.It was found that both the SJ and LPB models can reproduce the pre-peak behavior observed for a granitic rock type.However,the LPB model is unable to reproduce the post-peak behavior.Due to the large interlocking effect originating from the balls in contact and the ball size in the LPB model,local dilation is induced at the grain boundaries.This overestimates the volumetric dilation and residual shear strength.The LPB model tends to result in discontinuous inter-cracks and stress localization in the rock specimen,resulting in fine fragments at the rock surface during failure. 展开更多
关键词 Grain boundary contact smooth joint(SJ)model Linear parallel bond(LPB)model Contact heterogeneities Particle flow code(PFC) Granitic rock
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基于血管模型的网格平滑算法研究
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作者 程前 谢勤岚 《计量与测试技术》 2024年第4期109-112,共4页
血管三维模型是诊断心血管疾病的重要辅助参考,但表面存在的较多噪声会对诊断产生一定影响,需进行网格平滑。根据现有网格平滑算法,保留清晰特征和减小体积收缩仍具有挑战性。因此,本文提出一种组合平滑算法,并将其应用于人体不同组织... 血管三维模型是诊断心血管疾病的重要辅助参考,但表面存在的较多噪声会对诊断产生一定影响,需进行网格平滑。根据现有网格平滑算法,保留清晰特征和减小体积收缩仍具有挑战性。因此,本文提出一种组合平滑算法,并将其应用于人体不同组织结构的三维模型中进行验证。结果表明:该算法结合曲面重建与联合双边滤波,可实现去除噪声,并保持特征,减轻收缩。 展开更多
关键词 血管三维模型 三维重建 网格平滑 引导法向滤波 联合双边滤波
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横观各向同性岩体平直−光滑节理双模型细观参数联合标定方法 被引量:5
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作者 王朝阳 林鹏 +2 位作者 许振浩 王文扬 吴杰 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期2211-2223,共13页
为更真实地模拟节理岩体的力学行为,颗粒流程序(PFC)采用平直节理模型(FJM)和光滑节理模型(SJM)分别模拟横观各向同性岩体的岩石部分和节理部分。但双模型(FJM和SJM)标定涉及的细观参数多,导致宏观−细观参数对应关系复杂。为此,本文提... 为更真实地模拟节理岩体的力学行为,颗粒流程序(PFC)采用平直节理模型(FJM)和光滑节理模型(SJM)分别模拟横观各向同性岩体的岩石部分和节理部分。但双模型(FJM和SJM)标定涉及的细观参数多,导致宏观−细观参数对应关系复杂。为此,本文提出一种横观各向同性岩体双模型细观参数联合标定方法。首先,遴选核心细观参数,建立岩体参数标定指标体系,对指标体系中的宏观−细观参数进行了敏感性分析,得到显著影响各宏观参数的细观参数;然后,提出FJM和SJM细观参数标定优先级体系,构建双模型细观参数联合分析方法,建立表征宏细观参数之间的函数关系;第三,为提高参数标定的准确性,提出了细观参数迭代校准方法;最后,形成了一套针对横观各向同性岩体的标准化细观参数标定流程。研究结果表明:所提标定方法可应用于页岩的细观参数标定,标定结果的相对误差小于3%,验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 横观各向同性岩体 颗粒流 平直节理模型 光滑节理模型 标定方法 迭代修正
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基于PFC的岩石节理模型宏细观参数相关性研究 被引量:1
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作者 王观群 张拥军 +2 位作者 王盛 宋宸 刘德金 《低温建筑技术》 2020年第10期107-111,共5页
以光滑节理模型为基本模型,以剪切试验作为宏观和细观参数测试方法,通过七因素三水平的正交试验设计,通过方差分析研究了细观参数对宏观参数的影响。结果表明粘聚力C主要由光滑节理摩擦系数控制,剪切模量Es主要受到光滑节理切向刚度的影... 以光滑节理模型为基本模型,以剪切试验作为宏观和细观参数测试方法,通过七因素三水平的正交试验设计,通过方差分析研究了细观参数对宏观参数的影响。结果表明粘聚力C主要由光滑节理摩擦系数控制,剪切模量Es主要受到光滑节理切向刚度的影响,光滑节理摩擦系数是内摩擦角φ的显著性影响因素;并根据方差分析结果,拟合了光滑节理模型宏细观参数的回归公式,为细观参数的标定提供了依据。 展开更多
关键词 颗粒流 光滑节理模型 正交试验 剪切试验 宏细观参数
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复杂环境下电力设备红外热图增强与分割研究 被引量:12
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作者 陈基顺 肖立军 +3 位作者 万新宇 麦锐杰 秦慧平 李磊 《红外技术》 CSCD 北大核心 2018年第11期1112-1118,共7页
在户外电力设备维护中,红外热图增强与分割是今后诊断排障智能化发展的关键一环。本文提出复杂环境下电力设备红外热图增强与分割的新模型:采用区域联合先验信息约束和伽马变换对Retinex图像增强模型进行改进;提出多尺度结构保留型平滑... 在户外电力设备维护中,红外热图增强与分割是今后诊断排障智能化发展的关键一环。本文提出复杂环境下电力设备红外热图增强与分割的新模型:采用区域联合先验信息约束和伽马变换对Retinex图像增强模型进行改进;提出多尺度结构保留型平滑滤波,用高斯正则项约束滤波尺寸。新模型不仅可以对隐藏噪声进行估计补偿,增大红外热图的对比度,而且消除了滤波边缘弥散现象,适用于多种尺寸的电力设备分割。实验证实,在复杂环境下相比其他算法,新模型可以得到更为完整、高对比度的红外热图,同时具备去除绝大多数背景干扰的性能。 展开更多
关键词 电力设备 红外热图分割 图像增强 Retinex模型 联合先验信息 多尺度结构保留型平滑滤波
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不同节理模型在层状复合岩石离散元模拟中的应用 被引量:5
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作者 殷鹏飞 杨圣奇 +1 位作者 高峰 田文岭 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期164-173,183,共11页
煤矿巷道围岩中广泛存在由不同岩性岩石组成的层状复合岩体,其变形破坏具有强烈的各向异性特征,对巷道的稳定安全会产生特殊的影响。目前,除了物理力学试验手段以外,离散元模拟被越来越广泛地应用到数值模拟研究中。本文以物理模拟试验... 煤矿巷道围岩中广泛存在由不同岩性岩石组成的层状复合岩体,其变形破坏具有强烈的各向异性特征,对巷道的稳定安全会产生特殊的影响。目前,除了物理力学试验手段以外,离散元模拟被越来越广泛地应用到数值模拟研究中。本文以物理模拟试验为基础,在颗粒流模拟程序PFC^(2D)平台中分别采用删除颗粒黏结(bond removal method,BRM)和光滑节理模型(smooth joint model,SJM)2种节理面处理方式建立了层状复合岩石的模拟模型。模拟研究结果表明:SJM模拟模型可以更好地反映物理试验的应力—应变曲线形态,而BRM模型会在岩层倾角较大时产生较大的塑性变形,无法反映室内试验试样的脆性破坏特征。2种节理模型均可整体反映物理模拟试样的强度变形各向异性规律以及破坏模式,但SJM模型能更好地反映物理试样单轴压缩强度和弹性模量的各向异性特征,而BRM模型试样的宏观破裂面比SJM模型试样更加显著,与物理试样的破裂面更接近。另一方面,SJM节理模型能单独统计出SJM拉伸裂纹和剪切裂纹,通过分析这些裂纹的数目和分布区域可以更好地分析层状复合岩石试样破坏的细观机理。研究结论为后续离散元方法模拟层状复合岩体或节理岩体研究提供了积极的参考和指导。 展开更多
关键词 层状复合岩石 离散元法 PFC数值模拟 光滑节理模型 单轴压缩
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基于光滑节理模型的岩体水力压裂数值模拟 被引量:10
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作者 王涛 周炜波 +1 位作者 徐大朋 曾俊 《武汉大学学报(工学版)》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期500-508,共9页
水力压裂是许多工程中非常关注的问题,自然情况下的岩体由于经历反复的地质作用往往会形成大量的结构面,结构面的存在影响并制约着岩体的性质.基于颗粒离散元程序对页岩水力压裂进行了数值模拟,采用颗粒粘结模型及光滑节理模型分别模拟... 水力压裂是许多工程中非常关注的问题,自然情况下的岩体由于经历反复的地质作用往往会形成大量的结构面,结构面的存在影响并制约着岩体的性质.基于颗粒离散元程序对页岩水力压裂进行了数值模拟,采用颗粒粘结模型及光滑节理模型分别模拟完整岩石与节理面,对比分析了完整岩石以及存在节理面的岩体在高压水作用下的裂缝扩展及分布规律.研究发现:对完整岩石进行水力压裂可以获得较为完整的裂缝,且裂缝基本上沿着平行于最大主应力的方向扩展.节理面的存在对页岩水力压裂裂缝的扩展具有诱导作用,数值模拟结果显示除了注水孔周边,裂缝基本上沿着节理面扩展. 展开更多
关键词 颗粒离散元 水力压裂 光滑节理模型 节理
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