基于离散元方法的红砂岩破坏机理研究
发布时间：2022-01-22 03:48
近年来,随着我国城市化水平的不断提高,开发面积不断扩大,不可避免的产生各类地质灾害。研究岩石的破坏机理对于工程开发和地质灾害治理等具有极其重要的意义。经大量的文献调研得出,离散元软件PFC在研究岩石的破坏机理方面独具优势,且在岩土工程中的应用十分广泛,其主要问题为细观参数的标定,目前大多数学者采用“试凑法”而此方法工作量且盲目性较大,对岩石破坏机理研究方面也有待开发之处。本文的研究方法主要为室内试验和计算机的数值模拟。研究内容主要分为PFC细观参数敏感性分析、红砂岩室内试验、细观参数智能识别、含孔洞红砂岩破坏机理离散元研究、岩体爆破工况模拟结合5个部分,结果如下:（1）在PFC中采用平直节理的本构模型来模拟红砂岩,并对本构模型中的细观参数进行敏感性分析,筛选得到了对于应力-应变曲线影响显著的细观参数。且证明平直节理模型能够满足UCS/TS值。（2）开展红砂岩试件的单轴加载试验,并结合数字散斑技术,获得了红砂岩试件的物理参数及软件VIC-2D制作的应变云图,用于下一步的数值模拟分析工作。选取的BP神经网络算法可以精确地的建立宏-细观参数映射关系,误差较小,模拟得到的应力-应变曲线与物理试...
【文章来源】：北方工业大学北京市
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PFC程序界面
技术路线
第二章细观参数敏感性分析9第二章细观参数敏感性分析2.1颗粒流离散元程序数值模拟方法是利用计算机软件模拟试验对象，选取合理参数使数值模型与实际对象吻合，再设置不同工况对模型进行模拟，快捷高效，所得到的结果可以用来指导施工。数值模拟方法应用极其广泛，目前主要分为两类即：连续介质分析方法、非连续介质分析方法。主流的连续介质分析方法为有限单元法、有限差分法等。主流的非连续介质分析方法为颗粒流离散元法、不连续变形分析方法等[41,42]。由于天然岩石介质结构组成复杂，外部存在节理断层，内部又存在微小的裂隙并不属于均匀介质，而其发生的断裂属于大变形，传统的连续介质分析方法很难模拟类似于岩石断裂的大变形，因此为本文选取非连续介质分析方法中颗粒流离散元方法。数值软件PFC是基于离散元理论框架，由计算引擎和图形界面组成的软件。PFC模拟尺寸有限颗粒体的相互作用，颗粒体是具有质量的刚体，颗粒不会产生变形，允许平动或转动。通过赋予颗粒惯性力、力矩，来形成接触方式的相互作用。在二维中以单位厚度的刚片模拟颗粒，三维中以圆球来模拟颗粒。PFC模型主要由片、实体和接触组成。颗粒离散元法将离散体分割为若干个有限的颗粒体集合，每个颗粒视为一个单独的个体，将集合体理想化为相互接触、相互独立和互为作用的颗粒群[43]。其原理如下图2-1所示。图2-1PFC内部原理PFC研究岩土工程问题具有较大优势：(1)软件运行速度快，显示算法所占的计算机内存要求不高，颗粒体的识别和追踪获取方式远远超出传统其他算法；(2)由于离散元的“非连续”假设条件，因此实体位移并无限制；(3)将颗粒之间赋予黏结强度使得模型捆绑在一起，当模型收到外力发生破坏时可以模拟出裂缝现象从而破坏彼此分离；
【参考文献】：
期刊论文
[1]红砂岩单轴压缩宏细观参数映射关系研究[J]. 佟安,张军徽,武娜. 力学与实践. 2020(02)
[2]含预制孔洞混凝土的断裂实验研究[J]. 汪亦显,汪志强,张伟,刘飞飞. 北京理工大学学报. 2019(12)
[3]含偏置裂纹的三点弯曲梁破坏过程颗粒流模拟[J]. 丁永政,邓清海,刘兆冰,李宏. 高校地质学报. 2019(04)
[4]含充填椭圆形孔洞砂岩力学破坏特性试验研究[J]. 周亚楠,朱泉企,李地元,马春德. 铁道科学与工程学报. 2019(08)
[5]基于PFC数值试验的单锯齿节理抗剪强度应力效应研究[J]. 罗战友,李棋,邹宝平,陶燕丽,李超. 科技通报. 2019(07)
[6]石膏岩干湿循环细观模拟及损伤本构模型[J]. 安阳,晏鄂川,李兴明,李亚. 地质科技情报. 2019(04)
[7]不同卸载速度下含裂隙岩体的卸载响应（英文）[J]. 李夕兵,陈正红,翁磊,黎崇金. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019(07)
[8]Analyzing the Influence of Aggregate Properties on Stopping Distance on Truck Escape Ramps[J]. 覃频频,陈垂策,郭焕亮,韩亚奇,孟强. Journal of Shanghai Jiaotong University（Science）. 2019(03)
[9]EPB盾构开挖面稳定性的PFC-FLAC耦合分析[J]. 傅金阳,谢佳伟,房雅楠,阳军生. 华中科技大学学报(自然科学版). 2019(05)
[10]基于裂纹扩展模型的深部硐室围岩致裂规律[J]. 李响,怀震,李夕兵,宫凤强. 煤炭学报. 2019(05)
博士论文
[1]静水压下脉冲放电冲击波特性及其岩体致裂研究[D]. 卞德存.太原理工大学 2018
硕士论文
[1]基于颗粒流的大粒径填石路基强夯加固效果分析[D]. 刘陈林.安徽理工大学 2019
[2]页岩各向异性力学行为及其对井眼稳定性影响规律的研究[D]. 李斌.中国矿业大学 2019
[3]含孔洞类岩石材料力学特性试验与数值模拟研究[D]. 崔嘉慧.绍兴文理学院 2019
[4]基于PFC的岩石控制爆破技术研究[D]. 许彪.安徽理工大学 2018
[5]云南洗石沟泥石流的颗粒流模型研究[D]. 刘耀阳.西南石油大学 2015
本文编号：3601497
【文章来源】：北方工业大学北京市
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PFC程序界面
技术路线
第二章细观参数敏感性分析9第二章细观参数敏感性分析2.1颗粒流离散元程序数值模拟方法是利用计算机软件模拟试验对象，选取合理参数使数值模型与实际对象吻合，再设置不同工况对模型进行模拟，快捷高效，所得到的结果可以用来指导施工。数值模拟方法应用极其广泛，目前主要分为两类即：连续介质分析方法、非连续介质分析方法。主流的连续介质分析方法为有限单元法、有限差分法等。主流的非连续介质分析方法为颗粒流离散元法、不连续变形分析方法等[41,42]。由于天然岩石介质结构组成复杂，外部存在节理断层，内部又存在微小的裂隙并不属于均匀介质，而其发生的断裂属于大变形，传统的连续介质分析方法很难模拟类似于岩石断裂的大变形，因此为本文选取非连续介质分析方法中颗粒流离散元方法。数值软件PFC是基于离散元理论框架，由计算引擎和图形界面组成的软件。PFC模拟尺寸有限颗粒体的相互作用，颗粒体是具有质量的刚体，颗粒不会产生变形，允许平动或转动。通过赋予颗粒惯性力、力矩，来形成接触方式的相互作用。在二维中以单位厚度的刚片模拟颗粒，三维中以圆球来模拟颗粒。PFC模型主要由片、实体和接触组成。颗粒离散元法将离散体分割为若干个有限的颗粒体集合，每个颗粒视为一个单独的个体，将集合体理想化为相互接触、相互独立和互为作用的颗粒群[43]。其原理如下图2-1所示。图2-1PFC内部原理PFC研究岩土工程问题具有较大优势：(1)软件运行速度快，显示算法所占的计算机内存要求不高，颗粒体的识别和追踪获取方式远远超出传统其他算法；(2)由于离散元的“非连续”假设条件，因此实体位移并无限制；(3)将颗粒之间赋予黏结强度使得模型捆绑在一起，当模型收到外力发生破坏时可以模拟出裂缝现象从而破坏彼此分离；
【参考文献】：
期刊论文
[1]红砂岩单轴压缩宏细观参数映射关系研究[J]. 佟安,张军徽,武娜. 力学与实践. 2020(02)
[2]含预制孔洞混凝土的断裂实验研究[J]. 汪亦显,汪志强,张伟,刘飞飞. 北京理工大学学报. 2019(12)
[3]含偏置裂纹的三点弯曲梁破坏过程颗粒流模拟[J]. 丁永政,邓清海,刘兆冰,李宏. 高校地质学报. 2019(04)
[4]含充填椭圆形孔洞砂岩力学破坏特性试验研究[J]. 周亚楠,朱泉企,李地元,马春德. 铁道科学与工程学报. 2019(08)
[5]基于PFC数值试验的单锯齿节理抗剪强度应力效应研究[J]. 罗战友,李棋,邹宝平,陶燕丽,李超. 科技通报. 2019(07)
[6]石膏岩干湿循环细观模拟及损伤本构模型[J]. 安阳,晏鄂川,李兴明,李亚. 地质科技情报. 2019(04)
[7]不同卸载速度下含裂隙岩体的卸载响应（英文）[J]. 李夕兵,陈正红,翁磊,黎崇金. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019(07)
[8]Analyzing the Influence of Aggregate Properties on Stopping Distance on Truck Escape Ramps[J]. 覃频频,陈垂策,郭焕亮,韩亚奇,孟强. Journal of Shanghai Jiaotong University（Science）. 2019(03)
[9]EPB盾构开挖面稳定性的PFC-FLAC耦合分析[J]. 傅金阳,谢佳伟,房雅楠,阳军生. 华中科技大学学报(自然科学版). 2019(05)
[10]基于裂纹扩展模型的深部硐室围岩致裂规律[J]. 李响,怀震,李夕兵,宫凤强. 煤炭学报. 2019(05)
博士论文
[1]静水压下脉冲放电冲击波特性及其岩体致裂研究[D]. 卞德存.太原理工大学 2018
硕士论文
[1]基于颗粒流的大粒径填石路基强夯加固效果分析[D]. 刘陈林.安徽理工大学 2019
[2]页岩各向异性力学行为及其对井眼稳定性影响规律的研究[D]. 李斌.中国矿业大学 2019
[3]含孔洞类岩石材料力学特性试验与数值模拟研究[D]. 崔嘉慧.绍兴文理学院 2019
[4]基于PFC的岩石控制爆破技术研究[D]. 许彪.安徽理工大学 2018
[5]云南洗石沟泥石流的颗粒流模型研究[D]. 刘耀阳.西南石油大学 2015
本文编号：3601497
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