基于顆粒流的灰?guī)r細(xì)觀力學(xué)參數(shù)標(biāo)定方法及其敏感性分析.pdf

1、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(xì)觀參數(shù)和巖土體宏觀參數(shù)之間并沒(méi)有明確的關(guān)系，且存在控制因素多、標(biāo)定盲目性和結(jié)果不確定性等問(wèn)題，導(dǎo)致數(shù)值模擬的效率低、準(zhǔn)確性差。確定巖土體細(xì)觀參數(shù)的標(biāo)定方法是PFC數(shù)值模擬亟待解決的問(wèn)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(chǎng)的巖土類(lèi)材料進(jìn)行了成功標(biāo)定;以標(biāo)定結(jié)果為基礎(chǔ)，通過(guò)

2、控制變量法研究了顆粒流細(xì)觀參數(shù)對(duì)材料宏觀力學(xué)參數(shù)的影響規(guī)律，并對(duì)宏細(xì)觀參數(shù)進(jìn)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(xì)觀參數(shù)標(biāo)定方法，研究結(jié)果表明:
　　(1)通過(guò)細(xì)觀參數(shù)優(yōu)化和齊岳山隧道灰?guī)r標(biāo)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(duì)顆粒數(shù)的多少有著直接的關(guān)系，粒徑越小時(shí)，顆粒數(shù)的數(shù)量變化

3、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(shí)巖體的實(shí)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(shì);應(yīng)力應(yīng)變曲線和荷載位移曲線的峰值隨著法向強(qiáng)度的增大而增大，且不同法向強(qiáng)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

4、切向強(qiáng)度，應(yīng)力應(yīng)變曲線和荷載位移曲線與不同法向強(qiáng)度條件下的曲線相似，但峰后規(guī)律明顯不同;切向強(qiáng)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(duì)宏觀物理參數(shù)的影響敏感性為:彈性模量＞抗拉強(qiáng)度＞抗壓強(qiáng)度＞泊松比;法向/切向剛度比對(duì)宏觀物理參數(shù)的影響敏感性為:泊松比＞抗拉強(qiáng)度＞彈性模量＞抗壓強(qiáng)度;平行黏結(jié)法向強(qiáng)度對(duì)宏觀物理參數(shù)的影響敏感性為:抗拉強(qiáng)度＞抗壓強(qiáng)度＞彈性模量＞泊松比;平行黏結(jié)切向強(qiáng)度對(duì)宏觀物理參數(shù)的

5、影響敏感性為:抗壓強(qiáng)度＞抗拉強(qiáng)度＞泊松比＞彈性模量;顆粒摩擦系數(shù)對(duì)宏觀物理參數(shù)的影響敏感性為:抗拉強(qiáng)度＞泊松比＞抗壓強(qiáng)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(fù)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(qiáng)度σc與有效模量Ec和法向/切向剛度比kn/ks呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與平行黏結(jié)法向強(qiáng)度(σ)c和平行黏結(jié)切向強(qiáng)度(τ)c呈正相關(guān)關(guān)系;抗拉強(qiáng)度σt與有效模量E

6、c和法向/切向剛度比kn/ks呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與平行黏結(jié)法向強(qiáng)度(σ)c和平行黏結(jié)切向強(qiáng)度(τ)c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(qiáng)度(τ)c呈正相關(guān)關(guān)系。
　　(5)采用多因素方差分析方法，對(duì)宏觀參數(shù)有顯著性影響的細(xì)觀參數(shù)進(jìn)行排序，結(jié)果如下:彈性模量E，Ec＞kn/ks;泊松比v，kn/ks;單軸抗壓強(qiáng)度σc，(σ)c＞(τ)c＞Ec＞kn/ks;抗拉強(qiáng)度σt，(σ)c＞(