张宝玉， 张昌锁*， 王晨龙， 郝保钦

(1.太原理工大学 矿业工程学院，太原 030024；2.太原理工大学 应用力学研究所，太原 030024)

1 引 言

颗粒流程序PFC属于离散元法，可以解决非连续介质力学问题，并能从细观角度分析岩石的破坏机理。PFC用颗粒集合体来模拟岩石，通过定义颗粒间的黏结接触模型使得颗粒产生相互作用来重现岩石的力学性质。起初一般采用平行黏结模型(PBM)来模拟岩石，但研究发现PBM模拟岩石有如下缺陷[1-3]。压拉比过低，不能满足实际岩石的压拉比要求；内摩擦角偏小。为此，Potyondy[4]提出了平节理模型(FJM)，将圆形颗粒构造成多边形，可抑制接触破坏后颗粒的旋转，能够模拟出大压拉比。因此，本文采用FJM来模拟岩石。

2 平节理模型

平节理模型(FJM)是由晶粒及晶粒间赋予平节理接触(FJC)构成的，晶粒由圆盘颗粒和名义面(notional surfaces)组成，因此FJM相当于把颗粒构造成了多边形，可提供足够的自锁效应，抑制接触破坏后颗粒的旋转，能够模拟大压拉比情况。晶粒间的接触实际上是名义面间的接触，接触界面(interface)位于名义面之间。在PFC2D中，FJC是一条线段，该线段平均分成多段，每段代表一个单元，如图1所示。每个单元的状态是独立的，可以是黏结的或是非黏结的。黏结单元作用机理为，当其所受法向拉应力σ+>张拉强度σf时，单元破坏，生成张拉裂纹；当其所受切向应力τ>τf时，单元破坏，生成剪切裂纹。非黏结单元作用机理为，不能承受拉力；当其所受切向应力τ>τf时，沿接触界面发生滑移。其中，黏结状态和非黏结状态下的剪切强度τf分别见式(1,2)，