李新平 黄明智 王 刚 徐 坤 刘婷婷

(武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉430070)

基于离散单元法发展起来的颗粒流程序(particle flow code，PFC)，将岩、土等材料介质离散为抽象的颗粒单元组成的集合体，通过赋予颗粒及颗粒间接触细观参数表征类似矿物晶体及晶体结构间的黏结作用，结合颗粒间牛顿运动定律和接触间力与位移定律来模拟真实材料宏观力学特性，可以从细观角度展现裂纹孕育、扩展直至贯通的时空演化规律，在岩石力学特性数值模拟仿真中已得到大量应用[1-2]。

PFC中需定义颗粒接触的本构关系来模拟岩石宏观力学性质，在程序发展初期定义了两种接触模型：接触黏结模型和平行黏结模型，但用这两种颗粒黏结模型进行数值模拟过程中发现两者都存在着一定的缺陷，即模拟岩石材料室内试验所得出的单轴抗压强度与单轴抗拉强度之比偏低，与大多数岩石材料实际值不符[3]。为解决这一问题，许多学者从不同的角度进行了大量的改进研究，如：Cho等[4]通过改进平行黏结颗粒间接触方式而建立簇平行黏结模型；Potyondy[5]则从另一角度出发，通过改变颗粒形状研究出适用于硬质岩石的平直节理接触模型，在此接触模型下岩石材料的单轴抗压强度与单轴抗拉强度之比值得以明显增大。

在颗粒流数值模拟中，颗粒和黏结模型代表了模型材料的本构关系，其细观参数决定了数值模型的宏观力学参数，对于细观参数的标定，目前已有学者在不同的接触模型下进行了初步的研究分析。……