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顆粒流與巖石力學(xué)行為研究 版權(quán)信息
- ISBN：9787030689092
- 條形碼：9787030689092 ; 978-7-03-068909-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
顆粒流與巖石力學(xué)行為研究 內(nèi)容簡介
本書從多尺度、多條件和多維度的視角，系統(tǒng)介紹了顆粒離散元方法在巖石力學(xué)、巖土工程、采礦工程等相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論及工程應(yīng)用等內(nèi)容。全書共8章，包括顆粒離散元基本概念及其在巖土工程中的應(yīng)用概述、PFC軟件基礎(chǔ)理論與細(xì)觀力學(xué)參數(shù)確定方法、等效巖體技術(shù)、巖石破裂過程聲發(fā)射模擬技術(shù)、脆性巖石力學(xué)特性模擬方法、應(yīng)力波及破裂源定位模擬方法、巖土工程穩(wěn)定性連續(xù)離散耦合模擬方法、散體礦巖放礦模擬方法等。
顆粒流與巖石力學(xué)行為研究 目錄
目錄
《巖石力學(xué)與工程研究著作叢書》序
《巖石力學(xué)與工程研究著作叢書》編者的話
前言
第1章離散單元法及其應(yīng)用概述1
1.1離散單元法簡述1
1.2離散元顆粒流理論及PFC軟件簡述3
1.3PFC軟件在巖土工程領(lǐng)域的應(yīng)用4
1.3.1巖石力學(xué)基礎(chǔ)理論研究4
1.3.2土力學(xué)基礎(chǔ)理論研究5
1.3.3工程應(yīng)用研究6
參考文獻(xiàn)7
第2章PFC軟件基礎(chǔ)理論與細(xì)觀力學(xué)參數(shù)確定方法11
2.1理論基礎(chǔ)11
2.1.1基本假設(shè)11
2.1.2計(jì)算過程12
2.1.3基本運(yùn)動方程13
2.1.4接觸本構(gòu)模型14
2.1.5能量損耗機(jī)理19
2.1.6FISH語言20
2.2數(shù)值模型細(xì)觀參數(shù)確定方法21
2.2.1材料宏細(xì)觀參數(shù)的關(guān)聯(lián)性22
2.2.2傳統(tǒng)細(xì)觀參數(shù)調(diào)試過程22
2.2.3細(xì)觀參數(shù)調(diào)試新方法探索23
參考文獻(xiàn)24
第3章等效巖體技術(shù)26
3.1概述26
3.2理論基礎(chǔ)28
3.2.1黏結(jié)顆粒體模型29
3.2.2光滑節(jié)理模型29
3.3適用性驗(yàn)證31
3.4應(yīng)用案例36
3.4.1白云鄂博鐵礦邊坡巖體力學(xué)參數(shù)確定36
3.4.2斷續(xù)節(jié)理巖質(zhì)邊坡破壞細(xì)觀機(jī)制48
3.5本章小結(jié)55
參考文獻(xiàn)56
第4章巖石破裂過程聲發(fā)射模擬技術(shù)57
4.1概述57
4.2理論基礎(chǔ)58
4.2.1矩張量基本理論58
4.2.2聲發(fā)射模擬方法63
4.3應(yīng)用案例66
4.3.1巖石破裂過程中聲發(fā)射特性分析66
4.3.2基于矩張量的完整巖石破裂機(jī)理70
4.4本章小結(jié)81
參考文獻(xiàn)81
第5章脆性巖石力學(xué)特性模擬方法84
5.1脆性巖石力學(xué)特性和現(xiàn)象84
5.2經(jīng)典黏結(jié)顆粒體模型及其不足85
5.3等效晶質(zhì)模型及其應(yīng)用88
5.3.1等效晶質(zhì)模型構(gòu)建88
5.3.2試驗(yàn)驗(yàn)證92
5.4平節(jié)理模型及其應(yīng)用97
5.4.1平節(jié)理模型的特點(diǎn)97
5.4.2單軸拉伸和三軸壓縮試驗(yàn)101
5.4.3巴西試驗(yàn)116
5.4.4巖芯餅化試驗(yàn)(標(biāo)準(zhǔn)BPM)137
5.5本章小結(jié)147
參考文獻(xiàn)148
第6章應(yīng)力波及破裂源定位模擬方法154
6.1概述154
6.2應(yīng)力波模擬方法155
6.2.1應(yīng)力波模擬影響要素及特征分析155
6.2.2應(yīng)力波波陣面及場源效應(yīng)分析166
6.3二維聲發(fā)射震源定位數(shù)值試驗(yàn)174
6.3.1非測速定位方法及其改進(jìn)174
6.3.2非測速條件下震源定位試驗(yàn)179
6.3.3震源定位顆粒流模擬分析187
6.4本章小結(jié)195
參考文獻(xiàn)195
第7章連續(xù)-離散耦合模擬方法198
7.1概述198
7.2連續(xù)-離散耦合數(shù)值方法基本原理198
7.2.1連續(xù)-離散耦合計(jì)算基本理論198
7.2.2直接耦合法耦合邊界相互作用原理199
7.2.3緩沖耦合法耦合計(jì)算原理202
7.3工程案例206
7.3.1巷道圍巖變形破壞機(jī)理206
7.3.2邊坡工程穩(wěn)定性222
7.3.3公路拓寬路基變形及換填處治232
7.3.4尾礦壩邊坡破壞機(jī)理241
7.4本章小結(jié)249
參考文獻(xiàn)250
第8章散體礦巖放礦模擬方法252
8.1概述252
8.2放礦理論253
8.2.1橢球體放礦理論254
8.2.2隨機(jī)介質(zhì)放礦理論255
8.2.3其他放礦理論257
8.3基于球形顆粒的放礦模擬259
8.3.1放礦模型的適用性與可靠性259
8.3.2復(fù)雜邊界條件下散體礦巖流動特性262
8.3.3多放礦口條件下散體礦巖流動特性267
8.3.4崩礦步距優(yōu)化276
8.4基于非球形顆粒的放礦模擬280
8.4.1散體礦巖二次破裂問題概述280
8.4.2基于花生模型的單口放礦數(shù)值模擬281
8.4.3基于不規(guī)則顆粒簇模型的單口放礦數(shù)值模擬285
8.5本章小結(jié)291
參考文獻(xiàn)292
《巖石力學(xué)與工程研究著作叢書》序
《巖石力學(xué)與工程研究著作叢書》編者的話
前言
第1章離散單元法及其應(yīng)用概述1
1.1離散單元法簡述1
1.2離散元顆粒流理論及PFC軟件簡述3
1.3PFC軟件在巖土工程領(lǐng)域的應(yīng)用4
1.3.1巖石力學(xué)基礎(chǔ)理論研究4
1.3.2土力學(xué)基礎(chǔ)理論研究5
1.3.3工程應(yīng)用研究6
參考文獻(xiàn)7
第2章PFC軟件基礎(chǔ)理論與細(xì)觀力學(xué)參數(shù)確定方法11
2.1理論基礎(chǔ)11
2.1.1基本假設(shè)11
2.1.2計(jì)算過程12
2.1.3基本運(yùn)動方程13
2.1.4接觸本構(gòu)模型14
2.1.5能量損耗機(jī)理19
2.1.6FISH語言20
2.2數(shù)值模型細(xì)觀參數(shù)確定方法21
2.2.1材料宏細(xì)觀參數(shù)的關(guān)聯(lián)性22
2.2.2傳統(tǒng)細(xì)觀參數(shù)調(diào)試過程22
2.2.3細(xì)觀參數(shù)調(diào)試新方法探索23
參考文獻(xiàn)24
第3章等效巖體技術(shù)26
3.1概述26
3.2理論基礎(chǔ)28
3.2.1黏結(jié)顆粒體模型29
3.2.2光滑節(jié)理模型29
3.3適用性驗(yàn)證31
3.4應(yīng)用案例36
3.4.1白云鄂博鐵礦邊坡巖體力學(xué)參數(shù)確定36
3.4.2斷續(xù)節(jié)理巖質(zhì)邊坡破壞細(xì)觀機(jī)制48
3.5本章小結(jié)55
參考文獻(xiàn)56
第4章巖石破裂過程聲發(fā)射模擬技術(shù)57
4.1概述57
4.2理論基礎(chǔ)58
4.2.1矩張量基本理論58
4.2.2聲發(fā)射模擬方法63
4.3應(yīng)用案例66
4.3.1巖石破裂過程中聲發(fā)射特性分析66
4.3.2基于矩張量的完整巖石破裂機(jī)理70
4.4本章小結(jié)81
參考文獻(xiàn)81
第5章脆性巖石力學(xué)特性模擬方法84
5.1脆性巖石力學(xué)特性和現(xiàn)象84
5.2經(jīng)典黏結(jié)顆粒體模型及其不足85
5.3等效晶質(zhì)模型及其應(yīng)用88
5.3.1等效晶質(zhì)模型構(gòu)建88
5.3.2試驗(yàn)驗(yàn)證92
5.4平節(jié)理模型及其應(yīng)用97
5.4.1平節(jié)理模型的特點(diǎn)97
5.4.2單軸拉伸和三軸壓縮試驗(yàn)101
5.4.3巴西試驗(yàn)116
5.4.4巖芯餅化試驗(yàn)(標(biāo)準(zhǔn)BPM)137
5.5本章小結(jié)147
參考文獻(xiàn)148
第6章應(yīng)力波及破裂源定位模擬方法154
6.1概述154
6.2應(yīng)力波模擬方法155
6.2.1應(yīng)力波模擬影響要素及特征分析155
6.2.2應(yīng)力波波陣面及場源效應(yīng)分析166
6.3二維聲發(fā)射震源定位數(shù)值試驗(yàn)174
6.3.1非測速定位方法及其改進(jìn)174
6.3.2非測速條件下震源定位試驗(yàn)179
6.3.3震源定位顆粒流模擬分析187
6.4本章小結(jié)195
參考文獻(xiàn)195
第7章連續(xù)-離散耦合模擬方法198
7.1概述198
7.2連續(xù)-離散耦合數(shù)值方法基本原理198
7.2.1連續(xù)-離散耦合計(jì)算基本理論198
7.2.2直接耦合法耦合邊界相互作用原理199
7.2.3緩沖耦合法耦合計(jì)算原理202
7.3工程案例206
7.3.1巷道圍巖變形破壞機(jī)理206
7.3.2邊坡工程穩(wěn)定性222
7.3.3公路拓寬路基變形及換填處治232
7.3.4尾礦壩邊坡破壞機(jī)理241
7.4本章小結(jié)249
參考文獻(xiàn)250
第8章散體礦巖放礦模擬方法252
8.1概述252
8.2放礦理論253
8.2.1橢球體放礦理論254
8.2.2隨機(jī)介質(zhì)放礦理論255
8.2.3其他放礦理論257
8.3基于球形顆粒的放礦模擬259
8.3.1放礦模型的適用性與可靠性259
8.3.2復(fù)雜邊界條件下散體礦巖流動特性262
8.3.3多放礦口條件下散體礦巖流動特性267
8.3.4崩礦步距優(yōu)化276
8.4基于非球形顆粒的放礦模擬280
8.4.1散體礦巖二次破裂問題概述280
8.4.2基于花生模型的單口放礦數(shù)值模擬281
8.4.3基于不規(guī)則顆粒簇模型的單口放礦數(shù)值模擬285
8.5本章小結(jié)291
參考文獻(xiàn)292
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顆粒流與巖石力學(xué)行為研究 節(jié)選
第1章 離散單元法及其應(yīng)用概述 1.1 離散單元法簡述 自然界的宏觀物質(zhì)均由一系列細(xì)微觀粒子構(gòu)成，當(dāng)不考慮單一物質(zhì)顆粒在外力作用下的運(yùn)動和變形特性對材料宏觀力學(xué)行為的影響時，一般將研究對象抽象為連續(xù)體并采用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法進(jìn)行研究。連續(xù)介質(zhì)力學(xué)是近代固體力學(xué)的理論基礎(chǔ)，通過建立各種物質(zhì)的力學(xué)模型，把各種物質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系用數(shù)學(xué)形式確定下來，在給定的初始條件和邊界條件下求出問題的解。 常用的連續(xù)介質(zhì)分析方法包括有限元法、有限差分法、邊界元法等。在開展巖土工程數(shù)值模擬時，連續(xù)介質(zhì)分析方法具有計(jì)算效率高、可構(gòu)建復(fù)雜模型等優(yōu)點(diǎn)，但同時也存在諸多缺陷，如不能反映巖土材料細(xì)微觀結(jié)構(gòu)之間的復(fù)雜相互作用，無法再現(xiàn)巖土材料的破裂孕育演化過程。在這一背景下，離散單元法應(yīng)運(yùn)而生。 離散單元法(distinct element method，DEM)是由Cundall［1］在1971年基于分子動力學(xué)原理提出的一種離散體物料的分析方法。離散單元法的基本思想是將求解空間離散劃分成若干個塊體單元或者顆粒單元，并定義單元之間存在接觸作用，根據(jù)力-位移法則和牛頓第二定律建立各單元之間的運(yùn)動方程，采用時步迭代的方法進(jìn)行求解，從而求取“非連續(xù)體”的運(yùn)動形態(tài)。該方法是繼連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法后，用于分析巖土力學(xué)問題的又一種強(qiáng)有力的數(shù)值計(jì)算方法。 離散單元法*早應(yīng)用于具有裂隙、節(jié)理的巖體問題研究，將巖體視為被裂隙、節(jié)理切割的若干塊體的組合體，基于巖體的變形主要依賴于軟弱結(jié)構(gòu)面(裂隙、節(jié)理等)的客觀事實(shí)，提出了將巖塊假定為剛體，以剛性元及其邊界的幾何方程、運(yùn)動方程和本構(gòu)方程為基礎(chǔ)，采用動態(tài)松弛迭代格式，建立節(jié)理巖體非連續(xù)介質(zhì)大變形的差分方程并進(jìn)行求解。根據(jù)所采用的求解算法，離散單元法分為隱式離散單元法和顯式離散單元法。 根據(jù)離散體自身的幾何特征，可分為塊體和顆粒兩大分支。Cundall等［2，3］改進(jìn)了*初的剛體離散元模型，融合了巖塊自身變形，開發(fā)了可變形的塊體模型通用離散單元法程序(universal distinct element code，UDEC)，并將其推廣應(yīng)用至模擬爆炸運(yùn)動以及巖塊破碎的過程等。在此同時，Cundall等［4，5］開發(fā)了二維圓形顆粒(ball)軟件，用于研究顆粒介質(zhì)的物理力學(xué)行為，其結(jié)果與其他學(xué)者采用光彈技術(shù)獲得的試驗(yàn)結(jié)果較為吻合，為研究顆粒散體介質(zhì)材料的力學(xué)行為開辟了新的途徑。 20世紀(jì)90年代以來，基于離散元理論開發(fā)的商業(yè)軟件和開源軟件發(fā)展迅速，其中以美國依泰斯卡(Itasca)公司和英國德頤姆方案(DEM-Solutions)公司開發(fā)的系列軟件*具特色且應(yīng)用*為廣泛。美國依泰斯卡公司以解決巖土工程問題為目標(biāo)，旗下離散元軟件包括基于不規(guī)則形狀塊體單元的通用離散單元法程序和三維離散單元法程序(3 dimension distinct element code，3DEC)軟件，以及基于圓盤顆粒單元的二維顆粒流(particle flow code 2 dimension，PFC2D)和基于球形顆粒單元的三維顆粒流(particle flow code 3 dimension，PFC3D)軟件。英國德頤姆方案公司以顆粒處理和生產(chǎn)操作為目標(biāo)，開發(fā)了顆粒流軟件EDEM，通過模擬散體物料加工處理過程中顆粒體系的行為特征，協(xié)助設(shè)計(jì)人員對各類散料處理設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)、測試和優(yōu)化。同時，中國科學(xué)院基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的離散單元法(continuum-based discrete element method，CDEM)開發(fā)的力學(xué)分析系列軟件GDEM、英國洛克菲爾德(Rockfield)公司開發(fā)的有限元/離散元耦合軟件ELFEN、加拿大多倫多大學(xué)基于有限元/離散元耦合方法開發(fā)的地質(zhì)力學(xué)軟件Y-Geo、石根華建立的非連續(xù)變形分析(discontinous deformation analysis，DDA)方法、南京大學(xué)開發(fā)的矩陣離散元軟件(fast GPU matrix computing of discrete element method，MatDEM)、Olivier和Janek采用C++和Python語言編寫的開源離散元軟件YADE等也得到了較為廣泛的應(yīng)用。 目前，基于離散元理論開發(fā)的軟件為解決眾多涉及顆粒、結(jié)構(gòu)、流體與電磁及其耦合等綜合問題提供了有效的平臺，已成為過程分析、設(shè)計(jì)優(yōu)化和產(chǎn)品研發(fā)的有力工具。其中，UDEC、3DEC和PFC軟件為巖土及類巖石材料的力學(xué)行為基礎(chǔ)理論研究(破裂機(jī)制與演化規(guī)律、顆粒類材料動力響應(yīng)等)和工程應(yīng)用研究(地下災(zāi)變機(jī)制、堆石料特性、礦山崩落開采、邊坡巖土解體、爆破沖擊等)提供了有效手段，應(yīng)用示例如圖1.1.1所示。 圖1.1.1 離散單元法的工程應(yīng)用 1.2 離散元顆粒流理論及PFC軟件簡述 顆粒流理論是離散單元法的一個重要分支。在顆粒流理論中，物體的宏觀本構(gòu)行為通過單元間細(xì)觀接觸模型實(shí)現(xiàn)。在具有顆粒結(jié)構(gòu)特性巖土介質(zhì)中的應(yīng)用，就是從其細(xì)觀力學(xué)特征出發(fā)，將材料的力學(xué)響應(yīng)問題從物理域映射到數(shù)學(xué)域內(nèi)進(jìn)行數(shù)值求解。例如，物理域內(nèi)的復(fù)雜實(shí)物顆粒被簡化為數(shù)學(xué)域內(nèi)的顆粒單元，并通過顆粒單元來構(gòu)建所需幾何形狀的試樣，顆粒間的相互作用通過接觸本構(gòu)關(guān)系定義，通過選擇合適的本構(gòu)模型及調(diào)試恰當(dāng)?shù)膮?shù)匹配材料的力學(xué)特性。 PFC軟件是基于顆粒流理論的基本原理和顯式差分法開發(fā)的細(xì)觀力學(xué)分析軟件［6］，其將介質(zhì)整體離散為圓盤形(disk)或球形(sphere)顆粒單元進(jìn)行分析，從細(xì)觀角度探索研究對象的受力、變形、運(yùn)動等力學(xué)響應(yīng)。美國依泰斯卡公司于1994年首次推出顆粒流模擬軟件PFC(2D/3D)1.0版本，截至目前已更新至6.0版本。其建立的計(jì)算模型由顆粒、接觸及墻體構(gòu)成。在二維分析時，離散顆粒為單位厚度的圓盤，在三維分析中為實(shí)心圓球。每個離散單元均為具備有限質(zhì)量的剛性體，顆粒單元的直徑及排列分布可根據(jù)需求設(shè)定，通過調(diào)整顆粒尺寸及粒徑分布可以控制模型的孔隙率和非均勻性。墻體是面(facet)的集合，面可以組成任意復(fù)雜多變的空間多邊形，在PFC2D模型中面以線段的形式表示，在PFC3D模型中則為三角形。 顆粒間的接觸模型是PFC模型的核心要素，分為非黏結(jié)模型與黏結(jié)模型兩類，其中非黏結(jié)模型主要用于模擬散體材料，描述其變形和運(yùn)動，黏結(jié)模型在此基礎(chǔ)上加入了強(qiáng)度的限制，主要用于模擬巖石及類巖石材料。對于黏結(jié)模型，當(dāng)顆粒之間接觸承受的應(yīng)力大于其黏結(jié)強(qiáng)度時，黏結(jié)斷裂，形成微破裂［7］。當(dāng)微破裂逐漸增多時，顆粒相互運(yùn)動，模型發(fā)生變形和位移，實(shí)現(xiàn)巖土體損傷破壞機(jī)制模擬。 截至PFC 6.0版本，內(nèi)嵌的非黏結(jié)模型主要包括線性模型(linear model)、線性滾動阻滑模型(rolling resistance linear model)、赫茲模型(Hertz model)、滯回模型(hysteretic model)以及伯格斯模型(Burgers model)。非黏結(jié)模型從早期的單純線性關(guān)系發(fā)展到考慮黏滯、滾動阻力等因素，再到考慮顆粒間的范德瓦耳斯力，模型種類越來越豐富，應(yīng)用領(lǐng)域也更為廣泛。 內(nèi)嵌的黏結(jié)模型主要包括線性接觸黏結(jié)模型(linear contact bond model)、線性平行黏結(jié)模型(linear parallel bond model)、光滑節(jié)理模型(smooth joint model)、平節(jié)理模型(flat joint model)、黏性線性滾動阻滑模型(adhesive rolling resistance linear model)以及軟化黏結(jié)模型(soft bond model)，可統(tǒng)稱為黏結(jié)顆粒體模型(bonded-particle model，BPM)。早期開發(fā)的BPM(線性接觸黏結(jié)模型和線性平行黏結(jié)模型)主要用于模擬具有黏結(jié)特性的材料，隨著對脆性巖石本質(zhì)特征模擬需求的增加，依泰斯卡公司對原有線性平行黏結(jié)模型的本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行改進(jìn)，包括：引入平行黏結(jié)因子使平行黏結(jié)和接觸黏結(jié)承載應(yīng)力有先后之分；引入力矩貢獻(xiàn)因子減小力矩對應(yīng)力的貢獻(xiàn)；引入黏結(jié)安裝間距以提高顆粒配位數(shù)；使用含張拉截?cái)嗟哪獱?庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則將黏結(jié)剪切強(qiáng)度與接觸正應(yīng)力相關(guān)聯(lián)等。 除了對黏結(jié)本構(gòu)關(guān)系的改進(jìn)外，在改變單元形狀方面也開展了許多工作，無論是“叢(clump)”、“簇(cluster)”還是等效晶質(zhì)模型(grain-based model，GBM)，其本質(zhì)都是將多個顆粒集合為一個幾何形狀更加多樣化的單元，從而解決使用球形顆粒模擬時存在的固有不足。上述改進(jìn)可增強(qiáng)單元間的自鎖效應(yīng)，但通常需要更細(xì)小的顆粒直徑，從而導(dǎo)致計(jì)算效率相對較低。 上述黏結(jié)模型中，有兩種模型被命名為節(jié)理模型，分別是光滑節(jié)理模型和平節(jié)理模型。這兩種節(jié)理模型既能表征非黏結(jié)狀態(tài)，也可表征黏結(jié)狀態(tài)。平節(jié)理模型可用于模擬含微裂紋的硬脆性巖石，光滑節(jié)理模型通常用以表征巖體中的節(jié)理、層理以及預(yù)制裂紋等，在巖石力學(xué)及巖體工程的結(jié)構(gòu)特征模擬中發(fā)揮了重要作用。 1.3 PFC軟件在巖土工程領(lǐng)域的應(yīng)用 工程應(yīng)用是巖土力學(xué)學(xué)科發(fā)展的根本目的，通過巖土體的基本力學(xué)性質(zhì)與基礎(chǔ)理論研究，掌握巖土體力學(xué)性狀的基本規(guī)律，進(jìn)而開展工程應(yīng)用研究，達(dá)到指導(dǎo)、優(yōu)化工程實(shí)踐的目的。 巖土體經(jīng)受長期的地質(zhì)構(gòu)造作用，受結(jié)構(gòu)面和節(jié)理面等弱面切割，常呈現(xiàn)明顯的非連續(xù)性特點(diǎn)。PFC軟件采用顆粒構(gòu)建計(jì)算模型，考慮到巖土體結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)、非連續(xù)等復(fù)雜特性，顆粒間的黏結(jié)會受外力作用產(chǎn)生微裂紋并產(chǎn)生不同類型的破壞，從而實(shí)現(xiàn)對模型內(nèi)部破裂孕育和演化過程的模擬，適用于巖土體破裂機(jī)制、裂紋孕育演化規(guī)律和工程穩(wěn)定性的研究。近年來，隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算性能的大幅提升，基于顆粒流理論的PFC軟件已在各類巖土力學(xué)基礎(chǔ)理論及工程方面得到廣泛應(yīng)用。 1.3.1 巖石力學(xué)基礎(chǔ)理論研究 巖體可視為由巖塊和結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)，通常表現(xiàn)出較強(qiáng)的非連續(xù)性，國內(nèi)外學(xué)者針對巖體變形、強(qiáng)度特性及破壞機(jī)理開展了廣泛研究。 巖體變形及其裂紋擴(kuò)展是巖石力學(xué)的重要研究方向之一。吳順川等［8］開展了卸載巖爆數(shù)值試驗(yàn)研究，得出不同應(yīng)力狀態(tài)下的巖樣細(xì)觀損傷特征；Zhang等［9，10］使用平行黏結(jié)模型研究了含預(yù)制裂隙類巖石材料的裂紋擴(kuò)展現(xiàn)象；Yang等［11］研究了含兩個不平行裂隙紅砂巖單軸壓縮過程中的破裂行為，揭示了其損傷破壞機(jī)理；叢宇等［12］以大理巖為例，定量研究了巖石類材料宏細(xì)觀參數(shù)間的關(guān)系；Duan等［13］開展了不同受壓狀態(tài)下花崗巖顆粒流數(shù)值模擬試驗(yàn)，研究了裂隙發(fā)展過程及巖石破壞機(jī)理；Cao等［14］模擬了含多裂隙脆性巖石材料的峰值強(qiáng)度和破壞模式。 一般來說，脆性巖體抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度，工程巖體受拉應(yīng)力破壞現(xiàn)象顯著，因此開展巖體抗拉強(qiáng)度研究具有重要意義。Cai等［15］通過有限元/離散元耦合的方法對巴西試驗(yàn)的破裂進(jìn)程進(jìn)行模擬，研究了巖石各向異性、預(yù)裂紋長度和方向?qū)埨鸭y、抗拉強(qiáng)度的影響；Xu等［16］研究了細(xì)觀結(jié)構(gòu)和細(xì)觀參數(shù)對巖石巴西抗拉強(qiáng)度的影響；Wu等［17］研究了平臺巴西圓盤的破壞過程，討論了荷載條件和圓盤幾何參數(shù)對試驗(yàn)結(jié)果的影響；Zhang等［18］提出采用柔性顆粒邊界直接生成巴西圓盤，能有效降低巴西圓盤試樣的各向異性；Ma等［19］通過數(shù)值試驗(yàn)研究了完整的巴西試驗(yàn)巖石破壞行為以及材料性質(zhì)對抗拉強(qiáng)度的影響。 同時，節(jié)理作為一種重要的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面，隨機(jī)分布于巖體中，影響巖體的力學(xué)性質(zhì)，諸多研究者使用PFC軟件研究了節(jié)理的剪切性質(zhì)。Morgan等［20，21］研究了局部細(xì)觀物理力學(xué)參數(shù)、顆粒粒徑分布特征、粒間摩擦強(qiáng)度等參量對顆粒材料剪切帶形成、發(fā)展過程的影響；周喻等［22］從宏細(xì)觀角度探討了節(jié)理在直剪試驗(yàn)過程中的力學(xué)演化特征和破壞機(jī)制；夏才初等［23］在PFC2D模型中生成粗糙節(jié)理面，并通過模擬直剪試驗(yàn)研究其剪切性質(zhì)；Bahaaddini等［24，25
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