巖石PFC2D模型細(xì)觀參數(shù)確定方法研究

郝保欽，張昌鎖，王晨龍 ，任 超

(1. 太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.太原理工大學(xué) 機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院，山西 太原 030024)

0 引 言

常規(guī)巖石室內(nèi)試驗(yàn)是研究巖石力學(xué)性質(zhì)的主要手段。受限于試驗(yàn)設(shè)備和測(cè)試手段，巖石力學(xué)試驗(yàn)一般只能得到巖石試件的宏觀變形和強(qiáng)度特性，而無(wú)法真正揭示巖石細(xì)觀層面的力學(xué)行為。顆粒流程序(PFC)基于離散單元方法，將巖石類材料視為剛性顆粒的集合體，克服了傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)分析方法在研究巖石類非均質(zhì)材料時(shí)的局限性，可以從細(xì)觀角度再現(xiàn)裂紋的孕育、擴(kuò)展以及貫通的時(shí)空演化規(guī)律，已成為研究巖石力學(xué)問(wèn)題的有效手段之一[1]。

二維顆粒流程序(PFC2D)通過(guò)定義顆粒接觸的本構(gòu)關(guān)系再現(xiàn)巖石宏觀力學(xué)性質(zhì)，接觸黏結(jié)模型(CBM)、平行黏結(jié)模型(PBM)和平直節(jié)理模型(FJM)是最常用的3種細(xì)觀本構(gòu)模型。不論選取哪種模型，都需要不斷調(diào)整細(xì)觀參數(shù)來(lái)匹配宏觀力學(xué)性質(zhì)。目前大多數(shù)研究普遍采用“試錯(cuò)法”進(jìn)行標(biāo)定[2-3]，調(diào)整過(guò)程盲目性大、費(fèi)時(shí)費(fèi)力。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)此問(wèn)題展開(kāi)了大量研究，進(jìn)行了一定的改進(jìn)。劉新榮等[4]以接觸黏結(jié)模型中的等效微梁模型為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)詳細(xì)的理論推導(dǎo)確定了細(xì)觀強(qiáng)度參數(shù)與巖石斷裂韌度之間的關(guān)系。由于接觸黏結(jié)模型顆粒接觸界面不能抵抗轉(zhuǎn)矩，平行黏結(jié)模型更廣泛地被用于模擬巖石材料。文獻(xiàn)[5-8]將理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合，系統(tǒng)地分析了平行黏結(jié)模型細(xì)觀參數(shù)對(duì)宏觀特性的影響，并給出了兩者之間的量化關(guān)系?！?br>