基于顆粒流的灰?guī)r細觀力學參數標定方法及其敏感性分析.pdf

1、PFC顆粒流數值模擬方法已廣泛應用于巖土工程的巖土體本構模型、地質災害分析、基坑及地基處理等領域，然而由于數值模擬細觀參數和巖土體宏觀參數之間并沒有明確的關系，且存在控制因素多、標定盲目性和結果不確定性等問題，導致數值模擬的效率低、準確性差。確定巖土體細觀參數的標定方法是PFC數值模擬亟待解決的問題。
　　本文基于離散元法，依據顆粒流理論，采用PFC數值模擬程序對齊岳山隧道工程現場的巖土類材料進行了成功標定;以標定結果為基礎，通過

2、控制變量法研究了顆粒流細觀參數對材料宏觀力學參數的影響規(guī)律，并對宏細觀參數進行了歸一化處理、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模型的細觀參數標定方法，研究結果表明:
　　(1)通過細觀參數優(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;粒徑大小對顆粒數的多少有著直接的關系，粒徑越小時，顆粒數的數量變化

3、越加明顯，顆粒數隨粒徑的減少近似于倍數的增加;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象。
　　(2)基于數值模擬，采用控制變量法，其應力應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隨剛度比的增大而減小的趨勢;應力應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

4、切向強度，應力應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)基于數值模擬研究，有效模量對宏觀物理參數的影響敏感性為: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;平行黏結法向強度對宏觀物理參數的影響敏感性為:抗拉強度＞抗壓強度＞彈性模量＞泊松比;平行黏結切向強度對宏觀物理參數的

5、影響敏感性為:抗壓強度＞抗拉強度＞泊松比＞彈性模量;顆粒摩擦系數對宏觀物理參數的影響敏感性為: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呈正相關關系，與法向/切向剛度比kn/ks呈負相關關系;泊松比v與法向/切向剛度比kn/ks正相關關系;單軸抗壓強度σc與有效模量Ec和法向/切向剛度比kn/ks呈負相關關系，與平行黏結法向強度(σ)c和平行黏結切向強度(τ)c呈正相關關系;抗拉強度σt與有效模量E

6、c和法向/切向剛度比kn/ks呈負相關關系，與平行黏結法向強度(σ)c和平行黏結切向強度(τ)c呈正相關關系;壓拉剛度比σc/σt與有效模量Ec、法向/切向剛度比kn/ks和平行黏結切向強度(τ)c呈正相關關系。
　　(5)采用多因素方差分析方法，對宏觀參數有顯著性影響的細觀參數進行排序，結果如下:彈性模量E，Ec＞kn/ks;泊松比v，kn/ks;單軸抗壓強度σc，(σ)c＞(τ)c＞Ec＞kn/ks;抗拉強度σt，(σ)c＞(