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试验设计法在硬岩PFC3D模型细观参数标定中的应用

邓树新, 郑永来, 冯利坡, 朱鹏宇, 倪寅

邓树新, 郑永来, 冯利坡, 朱鹏宇, 倪寅. 试验设计法在硬岩PFC3D模型细观参数标定中的应用[J]. 岩土工程学报, 2019, 41(4): 655-664. DOI: 10.11779/CJGE201904008
引用本文: 邓树新, 郑永来, 冯利坡, 朱鹏宇, 倪寅. 试验设计法在硬岩PFC3D模型细观参数标定中的应用[J]. 岩土工程学报, 2019, 41(4): 655-664. DOI: 10.11779/CJGE201904008
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DENG Shu-xin, ZHENG Yong-lai, FENG Li-po, ZHU Peng-yu, NI Yin. Application of design of experiments in microscopic parameter calibration for hard rocks of PFC3D model[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2019, 41(4): 655-664. DOI: 10.11779/CJGE201904008
Citation: DENG Shu-xin, ZHENG Yong-lai, FENG Li-po, ZHU Peng-yu, NI Yin. Application of design of experiments in microscopic parameter calibration for hard rocks of PFC3D model[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2019, 41(4): 655-664. DOI: 10.11779/CJGE201904008
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试验设计法在硬岩PFC3D模型细观参数标定中的应用  English Version

  • 1. 南京理工大学机械工程学院,江苏 南京 210094;
    2. 同济大学土木工程学院,上海 200092;
    3. 金华市轨道交通投资建设有限公司,浙江 金华 321017

详细信息
    作者简介:

    邓树新(1988- ),男,讲师,博士,主要从事岩石细观力学与离散元模拟等方面的教学和科研工作。E-mail: dsx@njust.edu.cn。

    通讯作者:

    郑永来，E-mail：zyll@tongji.edu.cn

  • 中图分类号: TU452

Application of design of experiments in microscopic parameter calibration for hard rocks of PFC3D model

  • 1. School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China;
    2. College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China;
    3. Jinhua Rail Transit Investment and Construction Co., Ltd., Jinhua 321017, China

摘要

    摘要
  • 摘要: 利用试验设计法针对硬质岩体颗粒离散元数值研究中的细观参数标定问题进行了研究。首先利用Plackett-Burman试验设计分析了细观参数对宏观响应的敏感性,并建立了宏观力学指标和细观参数之间的线性关系,然后利用响应曲面法考查了显著影响参数之间的相互作用,得到了宏观响应与细观参数之间的非线性关系。最后将问题转化为非线性多目标数学规划问题利用MATLAB软件中FGOALATTAIN函数进行求解。通过和典型硬岩物理试验结果对比发现,利用试验设计法标定参数建立的颗粒离散元模型可以很好地反映单轴和低围压下岩石的破坏过程,但是由于采用了球形颗粒对于高围压下的拟合效果偏弱。利用PB设计、响应曲面法并结合数学规划建立的细观参数标定方法可以反映各细观参数对宏观力学响应的敏感性并给出明确的函数表达式,同时可以通过增加求解过程中的约束条件来体现更多的岩石力学特性。
    Abstract: The design of experiments (DOE) is used to study the microscopic parameter calibration for hard rocks of PFC3D model. Firstly, the sensitivity of microscopic parameters to macroscopic responses is analyzed through the Plackett-Burman design. The linear relationship between microscopic parameters and macroscopic responses is established. Then, the interaction between microscopic parameters is investigated by using the response surface method (RSM) and the nonlinear relationship between microscopic parameters and macroscopic responses is obtained. Finally, the problem is transformed into a nonlinear multiobjective mathematical programming problem, and the FGOALATTAIN function in MATLAB software is utilized to solve the problem. It can be found that when using DOE to calibrate the microscopic parameters, the PFC3D model can well reflect the failure process of the rock under uniaxial and low confining compression conditions. However, the fitting results under high confining pressure is unsatisfactory. The method based on the PB design, response surface method and mathematical programming can reflect the sensitivity of the microscopic parameters, and the definite function expressions are obtained. At the same time, it can reflect more characteristics of rock mechanics by adding the constraints condition in the process of solving.
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  • 收稿日期:  2018-03-22
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