多试验法优化PFC2D岩石模型细观参数：增强拉伸性能与拟合度

本研究论文主要探讨了如何有效地确定岩石颗粒动力学(PFC2D)模型中的细观参数，以提高模型在模拟岩石力学性能方面的准确性。当前，许多标定方法主要依赖于单轴压缩试验，但这种单一试验方法导致建立的模型在模拟拉伸强度和强度包络线时与实际试验结果存在较大差距。为了克服这一问题，研究者采用了多元试验设计，即结合单轴压缩试验、单轴拉伸试验和三轴压缩试验，运用正交试验设计方法来标定模型的细观参数。 通过多因素方差分析，研究人员分析了不同细观参数如弹性模量、泊松比、单轴抗压强度、启裂强度、拉压强度比及摩擦角等对宏观力学性能的影响程度，从而建立了这些参数与模型性能之间的定量关系。这种方法旨在找到一组能够准确反映岩石材料特性的一致性参数设置，使得数值模拟结果更贴近实际岩石的行为。 具体来说，该研究提出了一种细观参数确定策略，它考虑了岩石的多种力学性质，包括其固有特性（如弹性模量和泊松比）以及在特定加载条件下的表现（如单轴抗压强度和摩擦角）。经过与锦屏大理岩的实际力学试验进行对比，得出的结果表明，采用本文提出的标定方法建立的PFC2D模型，其宏观力学参数和单轴压缩应力-应变曲线与实验室测试接近，成功地反映了岩石在单轴和三轴条件下的破坏模式，验证了新方法的有效性和实用性。 然而，研究还发现PFC2D模型在模拟极限主应力关系曲线时表现欠佳，这可能是由于模型假设矿物颗粒为圆形，而忽略了实际岩石中颗粒形状的不规则性。这种形状差异可能影响了颗粒间的咬合作用，进而影响到模型的精度。因此，未来的研究可以进一步改进模型，以更好地考虑颗粒形状的复杂性，以提升模型对岩石力学行为的预测能力。 这项工作为岩石PFC2D模型的细观参数标定提供了一种更为全面和精细的方法，对于提高数值模拟的精确性和可靠性具有重要意义。通过结合多种试验和统计分析技术，研究者为地质学家和工程师在处理复杂的岩石力学问题时提供了有力的工具。