关于颗粒流软件PFC的离散元数值模拟参数标定

关于颗粒流软件 PFC 的离散元数值模拟参数标定摘要：简要介绍了运用离散元理论及颗粒流软件 PFC 进行岩土类工程问题数值模拟的讨论思路和方法，简述了运用 PFC 软件进行数值模拟时通常会遇到的关键性问题，通过结合笔者在讨论过程中的实践经验，针对数值模拟的首要步骤即参数标定这一步，给出了相应的解决方案及讨论结论。关键词：颗粒流软件 PFC；离散元；数值模拟；参数标定1 工程背景随着工程规模的日益扩大，作为建筑材料以及地基介质的岩土体一直以来都是人们讨论的热点。目前，解决岩土类工程问题的主要讨论手段有三大类，分别是理论分析、室内实验和数值模拟。其中，数值模拟又因其便捷、高效以及可控性成为当今最为常用的讨论方法。常用的数值模拟方法主要基于有限元分析理论或离散元分析理论，运用计算机软件对实际的工程问题进行模拟，从而发现问题、得到内在规律并作出讨论结论，对于指导工程实践具有重大意义。2 讨论方法针对不连续介质问题以及大变形问题[1]，近年来新兴的离散元理论逐步代替传统的有限元理论被人们采纳。其主要理论依据是牛顿第二定律和力与位移的关系，求解思路为：将求解空间离散为分离的单元阵，相邻两个单元之间用合理的元件相连接；基本变量是单元间的相对位移，通过位移和力的关系可以分别得到单元之间的法向、切向作用力；求单元上受到的合力及合力矩，由牛顿运动定律计算出单元体的加速度；最后，积分得到单元的速度和位移。通过以上计算过程可以得到任意时刻所有单元体的位移、速度和加速度。在基于离散元分析理论开发出来的计算机软件中，最为广泛使用的是美国 ITASCA 公司开发的UDEC（univeralditinctelementcode）、3DEC（3-dimenionalditinctelementcode）块体离散元程序，和PFC2D（particleflowcodein2dimenion）、PFC3D（particleflowcodein3dimenion）软件。前者用于模拟岩石的力学过程，后者则可以模拟颗粒流问题，如粗粒土、砂土的力学现象等。现阶段，国内使用 PFC 软件进行离散元数值模拟讨论的情况并不多见，目前国内已出版的相关中文书籍也仅有《离散元颗粒流软件（PFC）在道路工程中的应用》和软件自带的全英文版帮助手册。PFC 软件[2]从微观结构角度着手，将土体看成是由土颗粒组成，其宏观力学特性取决于颗粒与颗粒之间粘结（接触）方式的几何、物理特性。在 PFC 中用等厚度的刚性圆盘代表颗粒，颗粒之间允许重叠，同样遵循牛顿第二定律。颗粒的破坏主要有剪切破坏和张拉...