(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111306168.1 (22)申请日 2021.11.05 (71)申请人 辽宁工程技术大学 地址 123000 辽宁省阜新市中华路47号 (72)发明人 杜常博　梁立东　易富　牛犇　 (51)Int.Cl. G06F 30/25(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种PFC3D内置线性接触模 型各细观参数与 宏观力学参数之间的关联性 (57)摘要 本发明公开一种PFC3D内置线性接触模型各 细观参数与宏观力学参数之间的关联性具体步 骤为： 建立尾矿砂三轴三维试验模型。 选定尾矿 砂参数假定， 确定级配曲线及对比试验结果的分 析， 着重考虑级配及颗粒形状对试验结果的影 响。 采用clump命令开发了非球形颗 粒， 进行单因 素改变条件 下的一系 列数值三轴试验， 分析得到 线性接触模型细观参数对其表现出的宏观力学 特性非单因素影响， 其存在一定的交叉影响作 用， 但对每个宏观力学参数均存在一个占主导地 位的控制性细观参数， 其影 响程度远超其余细 观 参数。 通过试验得出宏 ‑细观参数关联性及参数 调整的顺序， 这有助于使线性接触模 型参数标定 过程程序化， 快速化。 权利要求书1页 说明书4页 附图5页 CN 114021417 A 2022.02.08 CN 114021417 A 1.一种FC3D内置线性接触模型各细观参数与宏观力学参数之间的关联性， 其特征在 于， 包括以下步骤： 步骤1： 建立尾矿砂三轴三维试验 模型； 步骤2： 选 定尾矿砂参数假定； 步骤3： 确定级配曲线及对比试验的分析； 步骤4： 采用clump命令开发了非球形颗粒， 进行单因素改变条件下的一系列数值三轴 试验； 步骤5： 分析得到线性接触模型细观参数对其表现出的宏观力学特性非单因素影响， 其 存在一定的交叉影响作用， 但对每个宏观力学参数均存在一个占主导地位的控制性细观参 数， 其影响程度远超其 余细观参数。 2.根据权利要求1所述的PFC3D内置线性接触模型各细观参数与宏观力学参数之间的 关联性， 其特征在于： 所述步骤3进 行工况Ⅰ和工况Ⅱ对比分析， 在数值模拟中颗粒设为 非球 形比较符合实际情况， 同时也对试验结果的准确性有益。 3.根据权利要求1所述的PFC3D内置线性接触模型各细观参数与宏观力学参数之间的 关联性， 其特征在于： 所述步骤3中以及工况 Ⅰ和工况Ⅲ对比分析； 在数值模拟中考虑颗粒级 配可使颗粒之间接触更加紧密， 嵌锁作用更强， 表现为粘聚力有所增加， 应力 ‑应变曲线更 加平滑， 与室内试验结果更加一 致 4.根据权利要求1所述的PFC3D内置线性接触模型各细观参数与宏观力学参数之间的 关联性， 其特征在于： 所述步骤4中在初步选定的细观参数基础上， 分别进行了颗粒法向刚 度(kn)数值试验， 线性拟合试验结果得到界面抗剪力学参数， 填料法向接触刚度主要影响 峰值主应力对应的应 变量。 5.根据权利要求1所述的PFC3D内置线性接触模型各细观参数与宏观力学参数之间的 关联性， 其特征在于： 所述步骤4中在初步选定的细观参数基础上， 通过仅改变切向刚度ks 的值来改变刚度比， 进行了刚度比(kn/ks)试验， 线性拟合试验结果 得到界面抗剪力学参 数， 刚度比主 要影响粘聚力值。 6.根据权利要求1所述的PFC3D内置线性接触模型各细观参数与宏观力学参数之间的 关联性， 其特征在于： 所述步骤4中以往学者主要注重填料的摩擦系数(pebble ‑fric)对抗 剪特性的影响， 却忽略了侧壁摩擦系数(wall ‑fric)， 或者将侧壁摩擦系数置零， 这与室内 试验存在一定不同， 通过改变pebble ‑fric和wall ‑ fric， 分别探究其对抗剪强度参数的影 响规律； 填料摩擦系 数主要影响内摩擦角及主应力峰值， 侧 壁摩擦系 数对各宏观力学参数 影响均不是最强， 但不可忽略。 7.根据权利要求1所述的PFC3D内置线性接触模型各细观参数与宏观力学参数之间的 关联性， 其特征在于： 所述步骤4中在选定细观参数基础上， 改变墙体摩擦系数， 研究其对抗 剪强度参数影响规律， 分别进行墙体摩擦系 数多次试验， 本情况下墙体摩擦系数最大值为 0.5， 是因为考虑到实际试验时， 通常会采取一定的方法减小侧壁摩擦， 使之小于填料内摩 擦角， 所选 定颗粒摩擦系数为0.5， 则墙 体最大摩擦系数为0.5 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114021417 A 2一种PFC3D内 置线性接 触模型各细观参数与宏观力学参数之 间的关联性 技术领域 [0001]本发明属于土木工程领域， 具体涉及线性接触模型各细观参数与宏观力学参数之 间的关联性。 背景技术 [0002]目前通常采用试算对比法进行细观参数选取， 即根据经验 或者参考其他学者研究 成果， 先假定一组细观参数， 再进 行不断的调整， 使其表现出的宏观力学特性与室内试验结 果相近。 这个过程通常会消耗大量的时间， 并且无根据的试算工作， 也很难使最终标定结果 与预期目标之间十分接 近。 [0003]目前多数研究采用二维模型， 集中在粘结模型的细观参数(法向粘结刚度， 切向粘 结刚度， 法向粘 结强度， 切向粘 结强度等)与宏观力学参数(弹性模量， 泊松比， 抗压强度等) 之间的关联性上， 而粘结模 型多用于模拟岩石、 混凝土等粘性较强的材料， 对适用于模拟粘 聚力比较小的土的线性接触模型的研究很少， 对本文关注的线性模型细观参数与其表现出 的抗剪强度参数之间的关联性研究还未 见报道。 发明内容 [0004]本研究通过开发空间对称的颗粒形状， 应用PFC3D建立三维数值三轴试验， 进行单 因素改变条件下的一系列数值三轴试验， 着重研究用于模拟散粒状土的线性接触模型的细 观参数(法向刚度kn， 切向刚度ks， 摩擦系数fric)与剪切力学参数(粘聚力c， 内摩擦角φ)、 主应力峰值及其对应应变量之间的关联性， 所得宏 ‑细观参数关联性对于线性接触模型参 数标定过程具有一定参 考价值。 [0005]本发明通过如下技 术方案实现。 [0006]一种PFC3D内置线性接触模型各细观参数与宏观力学参数之间的关联性， 包括如 下步骤： [0007]步骤1： 建立尾矿砂三轴三维试验 模型； [0008]步骤2： 选 定尾矿砂参数假定； [0009]步骤3： 确定级配曲线及对比试验的分析； [0010]步骤4： 采用clump命令开发了非球形颗粒， 进行单因素改变条件下的一系列数值 三轴试验； [0011]步骤5： 分析得到线性接触模型细观参数对其表现出的宏观力学特性非单因素影 响， 其存在一定的交叉影响作用， 但对每个宏观力学参数均存在一个占主导地位的控制性 细观参数， 其影响程度远超其 余细观参数。 [0012]优选为， 所述步骤3进行工况 Ⅰ和工况Ⅱ对比分析， 在数值模拟中颗粒设为非球形 比较符合实际情况， 同时也对试验结果的准确性有益； [0013]优选为， 所述步骤3中以及工况 Ⅰ和工况Ⅲ对比分析； 在数值模拟中考虑颗粒级配说　明　书 1/4 页 3 CN 114021417 A 3