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| 1 | 岩石节理直剪试验颗粒流宏细观分析显示文摘基于颗粒流理论和PFC程序,在解决建模过程中悬浮颗粒的消除、恒定法向荷载伺服机制的施加、拟静力加载状态的选取等问题后,较为完善地实现岩石节理PFC数值直剪试验,并分别从宏观和细观角度深入探讨节理在直剪试验过程中的力学演化特征和破坏机制。结合已有的节理直剪试验成果,进行室内试验和计算结果的对比分析,验证计算方法的可靠性。研究成果如下:(1)随恒定法向荷载的增大,剪切应力及其峰值时刻的剪切位移增大,节理面上黏结破坏颗粒增多,而剪切阻抗和节理剪胀效应却降低;(2)随剪切位移的增加,节理面上粒间法向接触数不断减少,接触矢量方向逐渐向剪切荷载施加方向偏转,而粒间接触压力不断增大,裂纹不断沿节理面附近产生,破裂频数在剪切应力达到峰值时最为强烈;(3)数值试验得到的剪切阻抗值普遍高于试验值,但减小模型颗粒半径可有效降低计算剪切阻抗值。室内试验和计算结果对比分析表明,新提出的颗粒流计算方法非常适用于岩石节理直剪试验的数值模拟,可为室内节理直剪试验和PFC节理模型细观力学参数选取的深入研究提供有益的参考。 | 周喻 MISRA A 吴顺川 张晓平 | 2012 | 岩石力学与工程学报2012，31，6： | 56 |
| 2 | 岩石破裂过程中声发射特性的颗粒流分析显示文摘以颗粒流理论和PFC程序为平台,根据矩张量理论建立细观尺度上岩石声发射模拟方法。该方法可同时给出声发射事件发生的时间、空间、破裂强度等特征,再现岩石裂纹孕育、发展和贯通过程,从而揭示岩石的破坏机制。结合室内花岗岩破裂全过程声发射特性试验研究成果,通过试验和计算结果的对比分析,验证该方法的可靠性,并得到以下结论:(1)在试样峰值强度前,声发射事件次数较少、破裂强度较低,且在试样内部随机分布;从试样峰值强度起至破坏时的残余强度,声发射事件次数较多、破裂强度较高,且主要沿宏观破裂带附近分布。(2)声发射事件次数随破裂强度变化近似呈正态分布。在均值与最大破裂强度之间,声发射事件累积数随破裂强度的降低近似呈线性对数函数关系。(3)每次声发射事件所包含的微破裂数,随破裂强度的提高而增加,近似呈波尔兹曼函数关系。(4)声发射事件次数与微破裂数近似呈负指数函数关系,即包含微破裂数越少的声发射事件,其所占总数的比例越大。研究成果可弥补现有声发射试验及模拟方法的不足,并作为一种新的手段为声发射试验与现场微震监测研究所利用。 | 周喻 吴顺川 许学良 孙伟 张晓平 | 2013 | 岩石力学与工程学报2013，32，5： | 53 |
| 3 | 岩石单轴压缩PFC^(2D)模型细观参数标定研究显示文摘为了研究单轴压缩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。 | 陈鹏宇 孔莹 余宏明 | 2018 | 地下空间与工程学报2018，14，5： | 43 |
| 4 | PFC^(2D)模拟裂隙岩石裂纹扩展特征的研究现状显示文摘二维颗粒流数值模拟(PFC^(2D))是目前研究裂隙岩石裂纹扩展特征的重要手段。在大量已有相关研究文献的基础上做了以下分析和总结:从颗粒接触本构模型、细观参数的标定和裂隙模拟方法 3个方面对当前PFC^(2D)的主要模拟方法进行了总结;根据PFC^(2D)模拟裂隙岩石裂纹扩展特征的研究现状,重点对单裂隙、断续双裂隙岩石在不同加载方式下的裂纹扩展特征进行了深入总结。在此基础上,指出当前研究中存在如下不足:裂隙岩石的PFC^(2D)模型未考虑断裂韧度是否符合实际、平行黏结模型模拟结果与室内试验结果存在差异、模拟裂隙与真实裂隙存在差异。结合研究中存在的不足,提出了相应的解决办法并进行展望,以期有助于裂隙岩石PFC^(2D)模拟方法的发展。 | 陈鹏宇 | 2018 | 工程地质学报2018，26，2： | 29 |
| 5 | 簇平行黏结模型中微观参数对宏观参数影响的量纲研究显示文摘首先分别采用传统加载程序和新加载程序,对利用簇平行黏结模型所建立的颗粒流试样的力学特性进行研究。同时采用新加载程序,分析加载速率和冻结期时步对颗粒流试样力学特性的影响。随后利用量纲分析法研究簇平行黏结模型中微观参数对宏观参数的影响,建立岩石材料宏观参数(弹性模量、泊松比、单轴抗压强度和单轴抗拉强度)与簇平行黏结模型中微观参数间的半定量关系。相关模拟结果表明:(1)利用传统加载程序计算得出的岩石应力–应变曲线是不准确的,它高估了单轴抗压强度、单轴抗拉强度和弹性模量,且不能真实再现岩石峰后脆性特征;2种加载程序得出的岩石破坏形态差异很大。(2)结合新加载程序,簇平行黏结模型能得到合理的单轴抗压强度和单轴抗拉强度比值(UCS/TS)。在准静态范围内,加载速率与强度值没有相关性,这与试验结果吻合,加载速率对岩石应力–应变曲线的影响主要在峰后阶段。(3)弹性模量主要与颗粒接触模量和颗粒接触刚度比相关,而泊松比主要与接触刚度比相关。为得到相同的泊松比值,簇平行黏结模型中的接触刚度比应大于平行黏结模型中的接触刚度比。单轴抗压强度和单轴抗拉强度主要受平行黏结强度比控制,另外单轴抗压强度受簇中颗粒数影响较大。 | 夏明 赵崇斌 | 2014 | 岩石力学与工程学报2014，33，2： | 27 |
| 6 | 基于非稳定渗流过程的岩体渗透特性反演分析显示文摘考虑岩土体渗流场在工程施工及运行过程中的动态特征,依据水头和流量2类测点的实测时间序列数据,建立基于正交设计、非稳定渗流正分析、BP神经网络和遗传算法相结合的非稳定渗流场反演分析方法,在一定程度上体现了多目标优化、全过程反演的特点,较好地解决了岩体渗透系数反分析的唯一性与可靠性问题。为了避免在反问题中由于利用水头和流量2种类型观测资料所带来的量纲问题,将水头和流量时间序列数据误差项归一化后构造量纲一化的目标函数,并在目标函数中引入权系数w,从而避免寻优时某一类型观测信息占优。针对长河坝水电站基坑施工期涌水问题,根据施工期各渗压计、基坑渗漏量实测时间序列资料和上游河水变化过程曲线,采用上述方法反演了坝基岩土体的渗透系数。反演分析结果表明:渗压、流量测点的实测和计算时间序列数据吻合较好,反演给出的各岩土体渗透系数与现场钻孔压水试验得到的岩体渗透特性分级相符,从而论证了该反演分析方法的可行性和反演结果的可靠性。研究结果为进一步评价大坝正常蓄水后坝基防渗体系的有效性提供了依据。 | 刘武 陈益峰 胡冉 周创兵 | 2015 | 岩石力学与工程学报2015，34，2： | 23 |
| 7 | 基于超声波波速及BP神经网络的胶结充填体强度预测显示文摘尾砂胶结充填体作为一种水泥基多相复合材料,其单轴抗压强度与超声波波速受水泥含量、固体质量分数、试件形态等因素影响.通过制备三种形态(7.07 cm×7.07 cm×7.07 cm立方体,Φ5 cm×10 cm圆柱体和Φ7 cm×14 cm圆柱体)的试件并进行单轴抗压强度试验和声波波速测试,对充填体强度和波速受水泥含量、固体质量分数和试件形态影响的规律进行了灰色-关联度分析.结果表明:水泥含量是影响强度的关键核心因素,关联度为0.837;固体质量分数是影响波速的关键核心因素,关联度为0.712.建立了充填体强度-波速指数函数预测模型和BP神经网络预测模型,通过对两种预测模型进行统计分析的F检验和t检验验证了两种方法在充填体强度预测的可行性,为胶结充填体的强度预测提供了新方法. | 徐淼斐 高永涛 金爱兵 周喻 郭利杰 刘光生 | 2016 | 工程科学学报2016，38，8： | 20 |
| 8 | 断续节理岩体及岩质边坡破坏的细观机制显示文摘以赞比亚穆利亚希北露天铜矿边坡为工程背景,基于颗粒流理论及PFC2D程序,将岩块和节理分别用颗粒体模型与光滑节理模型表征,构建含2条断续节理岩体及顺层断续节理岩质边坡模型,从细观力学角度深入研究其破坏过程中的力学机制。断续节理岩体破坏研究表明:岩桥破坏模式可划分为模式I、模式II、模式III–a和模式III–b破坏4类,且各类模式本质上均是以矿物颗粒间黏结张拉破坏为主的微破裂引起。顺层断续节理岩质边坡破坏研究表明:滑坡产生的微破裂主要从坡底断续节理端部开始产生,逐渐向坡体上部发展;滑体底部形态较为平直,而后部形态较为曲折并呈台阶状破坏;滑坡产生的破碎颗粒体先在边坡面中、下部产生,其体积相对较小,随后在边坡上部产生,其体积相对较大;在滑坡过程中,节理端部岩桥连线方向上的颗粒接触力较大,产生的微震事件强度与次数的关系近似服从正态分布函数。 | 周喻 韩光 吴顺川 胡乃联 | 2016 | 岩石力学与工程学报2016，35，A02： | 18 |
| 9 | 基于细观组分实际分布的花岗岩宏细观参数关系显示文摘岩石通常由不同细观组分组成,细观组分的类型与相互作用决定了岩石的宏观力学性质。以北山花岗岩为例,使用室内试验视频和阈值分割技术确定细观组分的类别与位置,将细观组分颗粒和胶结物分别用圆盘和平行黏结来表征,细观力学性质使用颗粒力学性质参数(弹性模量、刚度比、摩擦因数)和平行黏结力学性质参数(弹性模量、刚度比、法向强度均值、切向强度均值)7个指标来表征,宏观力学性质使用弹性模量、泊松比、峰值应力3个指标来表征,使用颗粒流代码、像素和颗粒循环技术,建立考虑细观组分实际分布的颗粒流模型,进行7因素、4水平的32次正交数值模拟试验,研究宏细观力学性质关系和细观力学性质参数的调整方法。结果表明,数字图像处理技术可以有效用于建立基于细观组分实际分布的颗粒流模型;宏观弹性模量–细观弹性模量、宏观泊松比–细观刚度比、宏观峰值应力–细观强度具有很好的对应关系;宏细观弹性模量、泊松比、刚度比有较好的相关关系。由于细观组分的实际分布与力学特点控制了岩石的变形破坏过程,研究成果对估计岩石细观力学参数、预测宏观力学性状具有一定的参考价值。 | 徐金明 黄大勇 朱洪昌 | 2016 | 岩石力学与工程学报2016，35，A01： | 16 |
| 10 | Macro and meso analysis of jointed rock mass triaxial compression test by using equivalent rock mass(ERM) technique显示文摘Methods that can efficiently model the effects of rock joints on rock mass behavior can be beneficial in rock engineering. The suitability of equivalent rock mass(ERM) technique based upon particle methods is investigated. The ERM methodology is first validated by comparing calculated and experimental data of lab triaxial compression test on a set of cylindrical rock mass samples, each containing a single joint oriented in various dip angles. The simulated results are then used to study the stress-strain nonlinearity and failure mechanism as a function of the joint dip angle and confining stress. The anisotropy and size effects are also investigated by using multi-scale cubic ERM models subjected to triaxial compression test. The deformation and failure behavior are found to be influenced by joint degradation, the micro-crack formation in the intact rock, the interaction between two joints, and the interactions of micro-cracks and joints. | 周喻 吴顺川 高永涛 A.Misra | 2014 | Journal of Central South University2014，21，3： | 16 |
| 11 | 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显示文摘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。 | 陈鹏宇 余宏明 | 2016 | 土木建筑与环境工程2016，38，5： | 16 |
| 12 | 多尺度节理岩体力学特性的颗粒流分析显示文摘以白云鄂博露天铁矿东矿岩质高边坡为工程背景,结合现场地质调查、室内岩石和节理力学试验等数据,采用等效岩体技术,构建能充分反映节理分布特征的实验室、现场原位试验和工程尺度等多尺度等效岩体模型。通过对各类等效岩体模型进行单轴压缩试验,研究岩体单轴抗压强度、弹性模量等力学特性的尺寸效应和各向异性。研究表明:节理的存在使岩体表现出尺寸效应和各向异性,且随着尺寸的增大,这种特性基本呈逐渐减弱的趋势;研究区域岩体的表征单元体积、单轴抗压强度和弹性模量分别为20 m×10 m×10 m、1.46 MPa和3.91 GPa;岩体单轴抗压强度、弹性模量与轴向尺寸的关系,近似符合渐进式指数函数关系,且该函数能直观地给出工程尺度岩体的力学特性。 | 周喻 王莉 丁剑锋 吴昊燕 | 2016 | 岩土力学2016，37，7： | 15 |
| 13 | 基于BP神经网络的土体细观力学参数反演分析显示文摘利用离散元方法对颗粒材料的细观力学特性研究,目前确定数值计算模型的细观力学参数大多数通过反复调试获取,效率低、可重复性差。本文采用开源的颗粒离散元程序LMGC开展了土体双轴压缩数值试验,通过25组土体细观力学参数计算得到相应的宏观力学参数,建立了BP人工神经网络反演系统。利用土体物理试验得到的土体宏观力学参数,输入BP神经网络,反演得到土体的细观力学参数。将所得细观力学特性参数输入所建立的土体数值计算模型,得到土体破坏过程中的应力-应变关系曲线,以及土体颗粒的力链图和旋转变形云图。所建立的土体数值试验模型能够较好地模拟土体变形破坏过程,利用BP神经网络反演细观力学参数以及数值模型计算得到的土体宏观力学参数与物理试验吻合较好,误差在10%左右,土颗粒间力链云图以及旋转变形云图较好地揭示了土体变形破坏的机理。 | 李澄清 刘天为 张海洋 徐文杰 | 2015 | 工程地质学报2015，23，4： | 13 |
| 14 | 考虑断裂韧度的PFC3D细观参数标定新方法显示文摘离散元法能更真实地表达材料的细观几何特点,且采用简单的接触本构方程,便于处理连续与非连续介质的变形与破坏问题,被广泛地应用于采矿、地质、土木、交通、水利、机械等工程领域。PFC3D是功能强大的离散元颗粒流分析软件,其细观参数的确定是需首要解决的问题,目前多数方法只考虑材料的宏观强度而很少考虑断裂参数,对阐述含天然裂隙的岩石破坏机理存在一定的局限性。为此,针对PFC3D平直节理模型,采用PB(Plackett-Burman)和中心组合设计(CCD)的方法,提出综合考虑强度参数和断裂参数(Ⅰ型和Ⅱ型断裂韧度)的PFC3D细观参数标定新方法,建立脆性岩石的PFC3D宏-细观参数关系式,并利用遗传算法求得PFC3D细观参数的优化解。模拟计算完整岩石试件单轴和三轴压缩应力-应变曲线和破坏模式、裂隙岩石在考虑和不考虑断裂韧度情形下单轴压缩断裂轨迹。研究结果表明:模拟的应力-应变曲线破坏模式、断裂轨迹与实验结果较吻合,且考虑断裂韧度的裂隙岩石试件断裂轨迹与实验结果吻合度更高,从而验证了基于考虑强度和断裂参数的岩石PFC3D细观参数标定新方法的合理性和有效性。该方法可推广至PFC3D的其他接触模型(接触黏结模型、平行黏结模型),可为PFC3D定量分析各种材料的多裂纹扩展过程及揭示其细观断裂机理提供参考。 | 谭攀 饶秋华 李卓 张权 易威 | 2021 | 中南大学学报(自然科学版)2021，52，8： | 12 |
| 15 | 等效岩体技术在断续双节理岩石试件破裂机制细观分析中的应用显示文摘采用等效岩体技术,将岩体中的岩块和节理分别用颗粒体模型和光滑节理模型描述,从细观角度开展了人工预制含两条断续节理岩石试件力学特性及破裂机制的研究。同时,结合室内试验研究成果,通过计算与试验结果的对比分析,验证了等效岩体技术在断续节理岩体力学特性研究中的适宜性和可靠性。主要研究结果如下:(1)随着断续节理产状的不同,虽可将宏观破裂划分为剪切模式、翼型张拉模式和混合模式等3种类型,但从细观角度看,颗粒间张拉型微破裂均是引起各类宏观破裂模式的主要诱因。(2)在试样达到抗压强度前,破裂声发射事件次数较少,强度均较低,主要孕育于断续节理尖端处,并沿两断续节理尖端的连线在岩桥区域累积贯通。(3)在试样达到抗压强度后,破裂声发射事件次数迅速增加,且破裂强度有所提高。(4)各类试样中,声发射事件累积数和破裂强度之间均近似满足Doseresp生长函数关系。 | 周喻 吴顺川 王莉 严琼 赵伟 张晓平 | 2013 | 岩土力学2013，34，10： | 11 |
| 16 | 煤样巴西劈裂试验中声发射特性的细观模拟显示文摘根据矩张量理论构建了细观尺度上巴西劈裂试验声发射的细观模拟方法.通过试验和计算结果的对比分析,验证了该方法的合理性.该方法可同时给出声发射事件发生的时间、空间、破裂强度等特征,再现试样破裂空间演化规律.研究发现:在达到峰值抗拉强度之前,声发射事件比率和破裂强度较低;在峰值和残余抗拉强度之间,声发射事件比率和破裂强度均较高.声发射事件比率随破裂强度变化近似呈极值分布;在均值至最大破裂强度之间,声发射事件累积比率随破裂强度的降低近似呈指数函数增加.每次声发射事件所包含的微破裂数,随破裂强度的提高而增加,近似呈指数函数关系;声发射事件比率与微破裂数近似呈负指数函数关系. | 王莉 谭卓英 周喻 张晓平 | 2014 | 北京科技大学学报2014，36，3： | 11 |
| 17 | PFC^(2D)平节理模型细观参数标定方法显示文摘细观参数的快速准确确定对PFC正确模拟岩石力学性能非常重要。目前,平节理模型细观参数的标定研究均未考虑对泊松比和压拉比有很大影响的黏结比例φ_(b)和影响岩石强度及裂纹产生难易程度的黏结强度变异系数R_(sd)这两个细观参数,且未考虑作为判断围岩损伤范围重要指标的宏观参数起裂强度σ_(ci)。在参数中新增φ_(b),R_(sd)和σ_(ci),采用正交数值试验方法研究了平节理模型8个细观参数与岩石6个宏观参数之间的相关性,确定了各宏观参数与主要细观参数之间的拟合关系,并分析了宏细观参数间的趋势关系。在此基础上,提出了平节理模型细观参数的标定流程,然后根据片麻花岗岩物理试验的宏观力学参数确定了模型的细观参数并进行数值试验,模拟结果与物理试验结果基本吻合,说明标定流程可行。 | 张宝玉 张昌锁 王晨龙 郝保钦 | 2021 | 计算力学学报2021，38，5： | 9 |
| 18 | 心墙沥青混凝土压实PFC模拟细观参数反演显示文摘为了从细观角度研究沥青混凝土心墙坝料的压实机理,构建了包含粗骨料、沥青砂浆和空隙三相的离散元模型;基于支持向量机模型(SVM)和自适应差分算法(ADE)给出了沥青混凝土心墙颗粒流PFC模型细观参数的反演方法;通过不同温度、不同压力下的多组室内静压试验,对前述建立模型与方法进行了验证。结果表明:基于SVM建立的回归模型可以较好地反映输入样本(待反演参数)与输出样本(模拟沉降量)的对应关系;采用反演的细观参数进行PFC模拟沉降量,其结果与物理试验沉降量匹配较好。反演所得细观参数可为进一步研究沥青混凝土心墙压实质量细观机理提供条件。 | 刘东海 赵梦麒 | 2020 | 河海大学学报(自然科学版)2020，48，1： | 9 |
| 19 | 淮北平原地基分层与承载力的BP网络预测方法显示文摘针对淮北平原地质土成层性和不均匀性显著的特点,提出了多元互层地基分层和承载力分层计算的BP神经网络预测方法。以钻探取样、静力触探试验和螺旋板载荷试验、平板载荷试验原位测试结果进行对比,认为比贯入阻力ps值可以作为互层地基分层和地质土承载力预测的评价指标,并以此为基础采用BP神经网络的梯度下降算法和共轭梯度算法分别建立土质分层和承载力预测的模型,并将两种算法的计算结果进行了对比分析。结果表明:比贯入阻力值可作为淮北平原互层地基的土质分层和承载力预测的评价指标;BP神经网络的梯度下降算法和共轭梯度算法均对土质类型的识别和地基承载力的预测具有良好的效果,满足实际工程的精度要求,但是前者的计算效率明显低于后者。 | 戴张俊 余飞 陈善雄 罗红明 | 2013 | 土木建筑与环境工程2013，35，3： | 7 |
| 20 | 基于QGA-SVM的堆石料离散元细观参数标定模型显示文摘针对堆石料离散元三轴试验中存在的细观参数标定影响因素多、耗时严重等问题,在总结分析堆石料细观模型现状的基础上,建立基于量子遗传算法(QGA)和支持向量机(SVM)的细观参数标定模型。模型采用拉丁超立方抽样生成细观参数组,并使用离散元计算其应力-应变曲线;采用QGA对SVM进行训练,使其达到最佳学习效果,以模拟细观参数与应力-应变曲线间复杂的非线性关系;依据堆石料室内三轴试验成果,发挥SVM计算速度优势,采用QGA搜索堆石料细观参数,实现堆石料的离散元细观参数标定。堆石料细观参数实例标定结果表明,所建立的模型可快速、精确地标定离散元细观参数,具有工程应用价值。 | 杨杰 马春辉 程琳 冉蠡 黄志鸿 | 2018 | 水利水电科技进展2018，38，5： | 6 |
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