PFC顆粒流數(shù)值模擬方法已廣泛應(yīng)用于巖土工程的巖土體本構(gòu)模型、地質(zhì)災(zāi)害分析、基坑及地基處理等領(lǐng)域,然而由于數(shù)值模擬細觀參數(shù)和巖土體宏觀參數(shù)之間并沒有明確的關(guān)系,且存在控制因素多、標定盲目性和結(jié)果不確定性等問題,導(dǎo)致數(shù)值模擬的效率低、準確性差。確定巖土體細觀參數(shù)的標定方法是PFC數(shù)值模擬亟待解決的問題。本文基于離散元法,依據(jù)顆粒流理論,采用PFC數(shù)值模擬程序?qū)R岳山隧道工程現(xiàn)場的巖土類材料進行了成功標定;以標定結(jié)果為基礎(chǔ),通過控制變量法研究了顆粒流細觀參數(shù)對材料宏觀力學參數(shù)的影響規(guī)律,并對宏細觀參數(shù)進行了歸一化處理、單因素敏感性分析、因素方差分析和回歸分析,提出了一種適用于顆粒流平行黏結(jié)模型的細觀參數(shù)標定方法,研究結(jié)果表明:(1)通過細觀參數(shù)優(yōu)化和齊岳山隧道灰?guī)r標定分析得出:彈性模量和泊松比隨粒徑的增大而逐漸減小,顆粒粒徑越大,彈性模量隨粒徑的變化明顯,而泊松比變化不大,趨于平緩;粒徑大小對顆粒數(shù)的多少有著直接的關(guān)系,粒徑越小時,顆粒數(shù)的數(shù)量變化越加明顯,顆粒數(shù)隨粒徑的減少近似于倍數(shù)的增加;粒徑越小,單軸壓縮的破壞形態(tài)越為明顯,其試樣的破壞特征越接近于真實巖體的實際破壞現(xiàn)象。(2)基于數(shù)值模擬,采用控制變量法,其應(yīng)力應(yīng)變曲線和荷載位移曲線的斜率隨著有效模量的增大而增大;隨著剛度比的增大而減小,曲線的峰值整體呈現(xiàn)隨剛度比的增大而減小的趨勢;應(yīng)力應(yīng)變曲線和荷載位移曲線的峰值隨著法向強度的增大而增大,且不同法向強度下的峰前曲線在圖中呈重合的特征,峰后曲線近似相互平行;改變切向強度,應(yīng)力應(yīng)變曲線和荷載位移曲線與不同法向強度條件下的曲線相似,但峰后規(guī)律明顯不同;切向強度越大,巖石破壞的脆性特征越明顯。(3)基于數(shù)值模擬研究,有效模量對宏觀物理參數(shù)的影響敏感性為:彈性模量抗拉強度抗壓強度泊松比;法向/切向剛度比對宏觀物理參數(shù)的影響敏感性為:泊松比抗拉強度彈性模量抗壓強度;平行黏結(jié)法向強度對宏觀物理參數(shù)的影響敏感性為:抗拉強度抗壓強度彈性模量泊松比;平行黏結(jié)切向強度對宏觀物理參數(shù)的影響敏感性為:抗壓強度抗拉強度泊松比彈性模量;顆粒摩擦系數(shù)對宏觀物理參數(shù)的影響敏感性為:抗拉強度泊松比抗壓強度彈性模量。(4)彈性模量E與有效模量Ec呈正相關(guān)關(guān)系,與法向/切向剛度比kn/ks呈負相關(guān)關(guān)系;泊松比v與法向/切向剛度比kn/ks正相關(guān)關(guān)系;單軸抗壓強度σc與有效模量Ec和法向/切向剛度比kn/ks呈負相關(guān)關(guān)系,與平行黏結(jié)法向強度σc和平行黏結(jié)切向強度τc呈正相關(guān)關(guān)系;抗拉強度σt與有效模量Ec和法向/切向剛度比kn/ks呈負相關(guān)關(guān)系,與平行黏結(jié)法向強度σc和平行黏結(jié)切向強度τc呈正相關(guān)關(guān)系;壓拉剛度比σc/σt與有效模量Ec、法向/切向剛度比kn/ks和平行黏結(jié)切向強度τc呈正相關(guān)關(guān)系。(5)采用多因素方差分析方法,對宏觀參數(shù)有顯著性影響的細觀參數(shù)進行排序,結(jié)果如下:彈性模量E,Eckn/ks;泊松比v,kn/ks;單軸抗壓強度σc,σcτcEckn/ks;抗拉強度σt,σcτcEckn/ks;壓拉強度比,Eckn/ksτc。(6)提出了一種適用于顆粒流平行黏結(jié)模型的細觀參數(shù)標定方法,該方法通過歸一化處理、單因素敏感性分析、多因素方差分析和回歸分析,揭示了細觀參數(shù)與宏觀參數(shù)的影響規(guī)律,進一步明確了兩者之間的非線性關(guān)系,提高了參數(shù)標定的效率和準確性;通過標定平南石灰石礦山采坑治水工程的巖樣的細觀參數(shù),進行數(shù)值模擬和室內(nèi)實驗對比分析,驗證了此標定方法的可靠性。
【學位單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TU45
【部分圖文】：

圖１．１技術(shù)路線逡逑

圖２．１邋ＰＦＣ循環(huán)計算圖逡逑

逡逑接觸黏結(jié)模型的黏結(jié)只發(fā)生在接觸點，只能傳遞力，如圖２．３邋（ａ）所示；平逡逑行黏結(jié)模型的黏結(jié)發(fā)生在接觸顆粒間圓形或方形有限范圍內(nèi)，能同時傳遞力和力逡逑矩，如圖２．３邋（ｂ）所示。逡逑接廠度邐接觸邐的剪切邐的黏結(jié)，剛度逡逑栜摡？逡逑顆粒邐平行黏結(jié)黏結(jié)剛度破碎逡逑圖２．３顆粒流模型黏結(jié)類型示意圖（ｃｈｏｅｔａｌ．，２００７）逡逑（１）接觸黏結(jié)模型逡逑線性接觸黏結(jié)模型如圖２．４所示。無論黏結(jié)存在不存在，接觸面處都不能抵逡逑抗相對旋轉(zhuǎn)，如果黏結(jié)存在時，其力學行為為線彈性，直到接觸力突破黏結(jié)強度逡逑極限后，黏結(jié)發(fā)生破壞成為非黏結(jié)接觸面。逡逑ｂｏｎｄｅｄ逡逑ｔ：逡逑廣￣Ｘ邐邐逡逑｜邐Ｘ邐＼邋ｕｎｂｏｎｄｅｄ邋（ｌｉｎｅａｒ邋ｍｏｄｅｌ）逡逑圖２．４接觸黏結(jié)模型逡逑接觸黏結(jié)模型的本構(gòu)關(guān)系如圖２．５所示。接觸黏結(jié)模型包括法向黏結(jié)強度逡逑和切向黏結(jié)強度Ｆｓ（ｅ）兩個參數(shù)

【參考文獻】

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1 李守巨;于申;孫振祥;曹麗娟;;基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的堆石料本構(gòu)模型參數(shù)反演[J];計算機工程;2014年06期

2 徐國建;沈揚;劉漢龍;;孔隙率、級配參數(shù)對粉土雙軸壓縮性狀影響的顆粒流分析[J];巖土力學;2013年11期

3 黃彥華;楊圣奇;劉相如;;類巖石材料力學特性的試驗及數(shù)值模擬研究[J];實驗力學;2014年02期

4 陳亞東;于艷;佘躍心;;PFC~(3D)模型中砂土細觀參數(shù)的確定方法[J];巖土工程學報;2013年S2期

5 李守巨;于申;李德;武力;;遺傳算法的堆石料非線性本構(gòu)模型參數(shù)反演方法[J];遼寧工程技術(shù)大學學報(自然科學版);2013年09期

6 蔣明鏡;陳賀;劉芳;;巖石微觀膠結(jié)模型及離散元數(shù)值仿真方法初探[J];巖石力學與工程學報;2013年01期

7 周劍;張路青;戴福初;閔弘;;基于黏結(jié)顆粒模型某滑坡土石混合體直剪試驗數(shù)值模擬[J];巖石力學與工程學報;2013年S1期

8 周博;汪華斌;趙文鋒;李紀偉;鄭必燦;;黏性材料細觀與宏觀力學參數(shù)相關(guān)性研究[J];巖土力學;2012年10期

9 張龍;唐輝明;熊承仁;黃磊;鄒宗興;;雞尾山高速遠程滑坡運動過程PFC~(3D)模擬[J];巖石力學與工程學報;2012年S1期

10 尹小濤;李春光;王水林;鄧琴;;巖土材料細觀、宏觀強度參數(shù)的關(guān)系研究[J];固體力學學報;2011年S1期

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1 王泳嘉;;離散單元法——一種適用于節(jié)理巖石力學分析的數(shù)值方法[A];第一屆全國巖石力學數(shù)值計算及模型試驗討論會論文集[C];1986年

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1 謝冰;巖體動態(tài)損傷特性分析及其在基礎(chǔ)爆破安全控制中的應(yīng)用[D];中國科學院研究生院（武漢巖土力學研究所）;2010年

2 羅勇;土工問題的顆粒流數(shù)值模擬及應(yīng)用研究[D];浙江大學;2007年

3 吳劍;滑帶剪切過程的離散元模擬研究[D];中國科學院研究生院（武漢巖土力學研究所）;2007年

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2 賢彬;大理巖加卸荷破壞過程的顆粒流數(shù)值模擬及其試驗驗證[D];青島理工大學;2011年

本文編號：2823958