基于PFC2d的平行粘结模型宏-细观参数标定研究

基于PFC2d离散元软件中的平行黏结模型,选取emod、krat、pb＿emod、pb＿krat、pb＿ten、pb＿coh、pb＿fa和fric 8个细观参数和弹性模量、泊松比、内摩擦角和粘聚力4个宏观参数,建立考虑了原状土、取土和制作土样不同储存条件的单轴压缩试验和双轴压缩试验进行数值模拟,得到结论：确定了以“p-q”法和“σ₁-σ₃”法计算得到的抗剪强度参数取平均即为最终抗剪强度参数;选取N=16的设计矩阵开展PB设计试验,得到弹性模量的显著因素为pb＿emod、emod和pb＿krat,泊松比为pb＿krat、krat和pb＿emod,粘聚力为pb＿ten和pb＿coh,内摩擦角为fric和pb＿fa;确定了细观参数的标定流程并采用该流程对龙泉山围岩进行参数标定,基于应力应变曲线、横向-轴向应变曲线计算了宏观参数,验证了参数标定流程的可行性,可为准确、高效地进行参数标定提供参考。     

基于JKR黏结模型的混凝土离散元参数标定

为获取装配式建筑用混凝土的仿真模型和接触力学参数,采用颗粒离散单元法,基于对此种混凝土的坍落度试验结果,实现对浇筑预制构件的新拌混凝土进行模拟与接触力学参数的标定。在对混凝土建模的过程中考虑到混凝土颗粒之间的黏结力,用JKR黏结模型对混凝土颗粒进行建模,以JKR表面能的大小表征混凝土间的黏度效果,以影响混凝土坍落时形态和坍落后物料堆积高度为结果变量,以预制构件用混凝土坍落度试验的真实测量值为目标建立三维离散元分析模型。选取砂浆-砂浆、砂浆-石灰石、石灰石-石灰石、砂浆-壁面、石灰石-壁面之间的静摩擦因数、滚动摩擦因数和JKR表面能的15个参数作为研究对象,采用控制变量法改变单一参数的大小,确定影响此种混凝土坍落度试验中混凝土形态的显著参数,并采用响应曲面法确定显著参数的最佳组合值。以本研究标定参数模拟的混凝土与实际预制构件混凝土之间的坍落度试验数据相对误差在允许范围内,该研究标定的混凝土离散元模型和接触力学参数对混凝土布料设备及预制构件研究具有重要意义。     

平直节理黏结颗粒材料宏细观参数关系及细观参数的标定

为了分析平直节理黏结颗粒材料宏细观参数关系以及进行细观参数的标定,以单轴压缩、直接拉伸和双轴压缩数值试验作为宏观参数测试方法,对平直节理接触模型细观参数进行正交设计,采用多因素方差分析和回归分析研究宏细观参数之间的关系,在此基础上,建立了细观参数的标定方法。以灰岩的室内试验为基础,对其细观参数进行标定,模拟结果与试验结果相接近,验证了方法的有效性。     

非均质岩石材料宏细观力学参数的关系研究

利用基于岩石矿物种类及其含量提出的岩石矿物细胞元随机性参数赋值方法,针对两矿物细胞元混合的非均质岩石模型进行参数赋值,通过数值试验研究了非均质岩石材料矿物细胞元含量及其力学参数对岩石宏观力学参数的影响;根据数值试验结果,探讨了岩石材料矿物细胞元弹性模量与宏观模量之间的函数关系。研究结果表明,岩石宏观弹性模量与矿物细胞元弹性模量、矿物细胞元含量都具有十分显著的线性相关关系,即基于岩石矿物种类及其含量的矿物细胞元随机性参数赋值方法建立的岩石有限元模型宏细观力学参数之间呈显著的线性关系;宏观力学参数可用细观力学参数的数学期望值即加权平均值来表示。     

岩石单轴压缩PFC2D模型细观参数标定研究

为了研究单轴压缩PFC^2D模型宏细观参数之间的关系及对其细观参数进行标定,以平直节理接触模型作为颗粒接触本构模型,对PFC^2D模型细观参数进行正交设计,以多因素方差分析、量纲分析研究宏细观参数之间的关系,在此基础上,提出了试错法标定细观参数的具体流程,将其用于灰岩单轴压缩PFC^2D模型细观参数的标定中,数值模拟所得宏观参数、应力-应变曲线和破坏特征与室内试验结果相近,验证了本文方法的可行性。分析结果显示,如果要建立双轴压缩PFC^2D模型,还需进一步标定细观参数tanφ_b和μ_b。研究成果可为岩石力学试验的颗粒流模拟提供一定参考。     

基于真实块石形态的土石混合体细观力学三维数值直剪试验研究

 块石形态是影响土石混合体细观结构及宏细观力学特性的一个重要因素。提出一种基于真实块石形态的土石混合体细观力学研究方法,首先采用三维扫描技术建立块石三维形态数据库,然后根据粒度组成生成试样内部块石三维空间分布模型,从而构建土石混合体的数字模型。利用所提出的基于多球颗粒均匀接触的复杂块体表征算法,实现任意复杂形态块体的多球颗粒均匀、紧密接触填充。基于上述方法,建立土石混合体离散元数值计算分析模型,并协同现场试验结果开展三维数值直剪试验研究。根据土体的现场试验结果反演得到离散元数值试验中土颗粒的细观接触力学参数,将其应用于土石混合体数值试验得到了较好的效果。通过数值试验研究表明,土石混合体在剪切过程中的块石效应,使剪切带变得更加宽厚和曲折,在宏观上造成了试样的内摩擦角有增高趋势;而由于块石含量增加,使得其黏结作用的土体含量减小,从而在宏观上表现为试样黏聚力呈略有降低趋势。     

颗粒流细观强度参数与岩石断裂韧度之间的关系

 为研究岩石颗粒流分析模型中细观强度参数的物理意义,以接触黏结模型(CBM)中等效微梁的模型为基础,通过对2个黏结颗粒的拉伸和剪切状态进行分析,推导岩石颗粒流细观应力和断裂强度因子关系的理论公式,进而建立强度参数与岩石断裂韧度关系的理论模型。分析结果表明,岩石断裂韧度与细观强度呈线性关系。岩石颗粒最小粒径与颗粒半径比均对断裂强度因子有不利影响,且颗粒半径比的影响较大。以重庆地区砂岩为例,给出岩石断裂韧度与颗粒流细观强度之间的定量表达式,结果表明,岩石I型断裂韧度理论计算值范围与实测值较为相符。     

基于离散元的沥青混合料细观力学研究进展

介绍了离散元在沥青混合料细观力学研究方面的最新进展,具体阐述了沥青混合料离散元建模方法,并根据目前研究的不足之处,预测了基于离散元的混合料细观力学的发展方向,以期促进基于离散元的混合料细观力学研究。     

基于数字图像的大型堆积体细观力学特性及 力学参数研究

大型堆积体常见于西南水电工程中,其力学性质极其复杂,需从细观结构上对其加以研究,才能从本质上揭示其力学特性及变形破坏的特征和规律。将数字图像处理技术DIPT) 应用到堆积体的数值模拟中,自行开发了 Photo-To-FLAC^3D (PTF) 自动建模程序,可实现对堆积体图像的分析处理、信息获取并自动生成细观模型文件的全过程,为堆积体力学行为的模拟提供了新的建模方法。以澜沧江古水水电站堆积体边坡为例,对实拍数码照片采用 PTF 实现其细观模型快速、准确的建立,运用三轴数值模拟试验对其力学特性及力学参数进行分析和研究。研究表明,堆积体变形表现出明显的“欺软怕硬”特性,受力表现出“贯穿带”的特性。提出随机统计分析法对堆积体力学参数进行研究,通过随机选取多组现场照片进行分析,由统计分析得出的力学参数与实际工程物理实验的参数非常接近,说明该力学参数研究方法的可信性,为堆积体力学参数的选取提供了一条新的路径和依据,是大型原位试验的有益补充。     

平行黏结模型中细观参数对宏观特性影响研究

 采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对平行黏结模型中细观参数对宏观特性的影响进行系统研究。首先通过理论研究,定性提出细观参数与宏观特性的理论公式,然后运用PFC2D数值模拟,定量地给出两者之间的关系式。研究表明：(1) 计算模型宏观弹性模量主要由颗粒接触杨氏模量和颗粒黏结杨氏模量决定,且与二者均呈线性关系,同时受颗粒接触法向刚度与切向刚度之比、颗粒黏结法向刚度与切向刚度之比及颗粒尺寸的影响,且均呈对数关系;(2) 泊松比主要由颗粒刚度决定,且呈对数关系,受颗粒尺寸的影响较小;(3) 抗压强度由颗粒黏结应力比?b,m/?b,m决定,受颗粒摩擦因数?的影响轻微,当0＜?b,m/?b,m＜2时,抗压强度主要受?b,m的影响,当?b,m/?b,m≥2时,抗压强度主要受?b,m的影响。并给出具有一定参考意义的相关关系式,结合实例进一步对相关分析式的可靠性进行论证。研究成果对快速、合理确定PFC模型细观参数具有指导意义。     

基于细观颗粒离散元的花岗岩劈拉破损行为研究

由于试件制备简单、试验便于操作,巴西劈裂试验被广泛用于测量岩石的抗拉强度,但试验结果易受细观结构、平台中心角、端部摩擦等因素影响。针对上述问题,本文对花岗岩进行矿物成分鉴定,采用数字图像技术表征试件的真实结构,建立了颗粒离散元的岩石细观力学模型,利用该模型对花岗岩的劈拉试验进行了数值仿真,并通过开展相应的试验论证了模型的可靠性。同时,基于数值模型研究了平台中心角以及加载端部边界效应对花岗岩劈拉破坏的影响。研究表明,随着平台中心角的增大,花岗岩试件中心的拉应力降低,压、拉应力比增大,中心角取20°~30°为宜;此外,端部摩擦效应随着平台中心角的增大而增大,当中心角小于30°时,端部摩擦影响较小,可忽略不计。     

颗粒离散元方法中黄土强度参数研究

颗粒离散元方法是离散元方法的一种,其研究对象的强度参数确定过程是非常繁琐的,常规方法必须进行数值计算和室内试验的标定。本文基于PFC软件,编写直接剪切试验程序,通过室内直剪试验和模拟试验对比分析,研究颗粒离散元方法中大孔隙,疏松的黄土强度参数。分析得到重力条件、颗粒密度、刚度和模型尺寸效应对强度曲线的影响,其中尺寸效应影响明显,通过多次计算提出了不同尺寸模型的参数换算公式。研究土体抗剪强度粘聚力c和离散元中接触黏结强度bond之间的线性关系,拟合得到二者的计算公式,通过公式可以快速标定得到颗粒离散元方法中黄土的强度参数,这为黄土地区地质灾害的离散元数值分析提供参数基础。     

重力模型标定方法及分析

首先介绍了重力模型的分类与阻抗函数形式,详细总结了重力模型参数标定的两种常用方法——最小二乘法和试算法,并简单介绍了参数检验的方法。最后针对重力模型的适用范围与优缺点进行了分析,为重力模型的正确运用奠定了基础。     

节理发育岩体隧道锚杆支护参数优化研究

结合内蒙古窑沟隧道,通过UDEC离散元软件数值模拟手段研究锚杆环向布置范围、间距对隧道结构变形与稳定性的影响,进而将锚杆原设计参数——环向布置范围216°、间距1.0 m优化为环向布置范围90°、间距1.0 m,并证明了其合理性,对类似工程具有一定的参考价值。     

岩石统计损伤软化本构模型及其参数反演

基于岩石微元强度服从幂函数分布的假定提出了损伤变量的一种新形式,由此建立了一个可模拟岩石破裂全过程的统计损伤软化本构模型.该模型含两个待定参数.其中一个可利用岩石三轴试验曲线的峰值点确定;另一个则受到微元强度参数的影响.通过研究微元强度参数对于软化本构模型的影响,提出了合理选择微元强度形式的参数反演方法,由此可最终确定模型参数.计算实例表明该模型能够有效模拟岩石的应变软化特性,应用反演方法确定微元强度参数能够有效提高数值模拟精度.     

石灰石粉掺量和细度对混凝土性能的影响

该文研究了石灰石粉掺量和细度对中等强度普通混凝土的工作性能和强度影响。研究结果表明:混凝土中掺入一定量的石灰石粉后,其坍落度随着石灰石粉掺量和细度的增加而增加,但增加速率明显放缓。混凝土的抗压强度在石灰石粉掺量为15%时出现最大值,而且石灰石粉细度越大,混凝土的早期强度越高,但其后期强度出现相反规律。     

利用有限元法进行参数反分析的研究

着重对反分析原理(包括定义、技术实现手段)进行了论述,并以水电站重力坝为例,应用直接法对弹性结构进行了反分析。为了加强反分析工作的针对性,还探讨了反分析的可辨识性问题。     

基于试验的复合隔震结构参数研究

并联复合隔震支座由夹层橡胶支座和摩擦滑移支座并联复合而成。复合隔震设计研究一般借助试验和软件分析来完成,如何将试验所得的参数正确的输入计算机是软件分析的关键。在复合隔震结构振动台试验的基础上对试验参数模型化的问题进行了研究,对于应用SAP2000进行复合隔震结构分析有很好的参考价值。     

蚁群仿真算法模拟Mixed Logit模型随机参数分布

Mixed Logit模型克服了传统Logit模型的两个重要缺陷（随机喜好性限制和IIA特性）,是一种高度适应性的模型。本文主要研究目标是：尝试将仿真优化算法一蚁群算法用于拟合Mixed Logit模型参数分布,证明蚁群算法在标定Mixed Logit模型参数上的合理性及有效性。结果表明蚁群算法求解的有效性优于传统算法,在未来工作中可逐步推广。     

基于波速特征的路堑边坡岩体强度参数研究

岩体强度是岩体工程设计中一项重要参数.传统现场原位测试方法不但耗时长、代价高,且代表性较差,公路、铁路系统不可能大量开展,目前,基于反映岩体质量的波速特征指标间接获取岩体强度参数是一个重要途径.在阐述影响岩体强度参数的基本因素之后,分析了岩体波速特征指标（纵波波速、完整性系数）与岩体质量分级的关系,最后基于大量硬质岩类的实测数据建立起岩体完整性系数与岩体强度参数间的经验定量关系,并最终得到实例检验.