PFC3D中文讲解全五天

基于PFC3D的粗粒土三轴试验细观数值模拟一、本文概述随着计算机技术的快速发展和数值模拟方法的日益成熟，离散元方法（Discrete Element Method, DEM）在岩土工程领域的应用越来越广泛。

PFC3D（Particle Flow Code in 3 Dimensions）作为一款基于DEM的三维颗粒流数值模拟软件，以其独特的细观模拟能力，在粗粒土三轴试验的数值模拟中展现出显著优势。

本文旨在探讨基于PFC3D的粗粒土三轴试验细观数值模拟的关键技术、方法及其在工程实践中的应用价值。

本文首先介绍了粗粒土三轴试验的基本原理及其在岩土工程中的重要性，随后详细阐述了PFC3D软件的基本原理及其在粗粒土细观数值模拟中的适用性。

在此基础上，文章重点探讨了基于PFC3D的粗粒土三轴试验数值模拟的建模方法、参数标定以及模拟结果的分析与验证。

文章还结合具体工程案例，分析了数值模拟结果与实际工程问题的关联，并探讨了数值模拟在粗粒土工程稳定性分析、优化设计等方面的应用前景。

本文旨在为从事岩土工程数值模拟的研究人员、工程师和研究生提供一种基于PFC3D的粗粒土三轴试验细观数值模拟的有效方法和技术支持，推动离散元方法在岩土工程领域的应用和发展。

二、PFC3D软件简介PFC3D（Particle Flow Code in 3 Dimensions）是一款专门用于模拟颗粒介质行为的三维离散元分析软件。

该软件由Itasca公司开发，自推出以来，凭借其强大的模拟能力和灵活的自定义选项，在岩土工程、地质工程、颗粒物质力学等领域得到了广泛的应用。

PFC3D基于离散元方法（Discrete Element Method, DEM）进行模拟，其核心思想是将介质视为由一系列离散、独立的颗粒组成，颗粒之间通过接触模型来定义相互作用。

这种方法特别适用于处理颗粒形状不规则、大小不均以及颗粒间存在复杂相互作用的问题，如粗粒土的力学行为。

PFC3D命令说明（COMMON COMMAND REFERENCE）PFC3D是基于命令驱动模式（COMMAND-DRIVEN FORMA T）的软件，各种命令控制着程序的运行，这部分内容将介绍PFC3D软件的内嵌命令。

本说明文件译自PFC3D软件2.0版使用手册中的COMMAND REFERENCE部分，并补充了一些手册中没有的命令（如设置粘性阻尼、生成圆柱、螺旋壁面等，这些命令在更高版本的手册中有说明）。

命令说明的顺序没有采用原手册中按字母排序的方式，而是根据创建PFC3D模型解决实际物理问题的一般过程，对相关命令加以说明。

PFC3D手册中COMMON COMMAND REFERENCE只对每个命令的格式和基本功能做了简单介绍，本说明文件对每个命令做了更详细的解释，为保持文件的可读性，对命令的详细解释都以附录形式给出。

本文件介绍了PFC3D的基本功能，对初学者有较大帮助，但要进行高级应用，还需清楚了解DEM 和PFC3D相关功能的基本原理以及软件的结构等。

由于只关注使用PFC3D解决颗粒流的问题，涉及颗粒流的命令介绍的比较详细，而用于岩土工程等其他领域的命令，由于关注很少且专业知识缺乏，只是不求甚解。

0.关于命令格式的说明：PFC3D中每个命令基本包含3部分：命令名、必需关键词和可选关键词。

本说明文件中，命令名和必需关键词写在第一行，尖括号<Keyword…>表示该命令具有可选关键词，罗列于命令名的下一行次级列；带参数的关键词，参数紧随关键词之后用加粗斜体表示。

名字较长的“命令”和“关键词”，PFC3D允许不写出全部字母，只需简写前面的一些字母，最短可简写名（即PFC3D能识别的最短简写“命令”和“关键词”名）用加粗字体表示。

例如命令：BALL rad r<keyword…>…hert z …id idx xy yz z说明：命令名为BALL的命令，具有必需关键词rad（参数r）和hert z、id、x、y、z等可选关键词。

fishtank－－巴西实验与双轴压缩实验说明许多同学可能都对这部分很疑惑，这部分在manual中显得比较神秘，原因很简单，是因为这不风的程序代码比较复杂。

仅仅et2.fis一个文件就长达30多页。

但实际上我们在调用这些函数的时候，不需要逐一去看。

我们要做的是理解每个函数的功能及函数间的参数传递。

我将部分稍做整理如下，对部分文件和函数进行了初步解读：一：文件实例中提供了不同类型实验的文件，以AGC.dvr为例。

这个文件看起来很怪，其实很简单。

可以用txt或其他文本编辑器打开。

也可以令存为txt文件。

其中A表示材料类型，G表示实验精度，gross；c表示粒子的接触模型，为contact－bond。

打开这个文件，其文件编辑和普通的建模文件没两样。

这个文件开始就调用了三个fish函数文件，分别是md.fis, et2.fis, flt.fis。

（稍后详细说明这三个文件）。

就是参数设置，包括文件自动运行后保存的文件名的赋值，与具体fish函数中参数的赋值。

在agc.dvr文件运行后将生成以下文件：agc-bal.sav 生成的粒子集合，没有运算agc-pck.sav 接上一步调整模型粒子大小，达到近似无摩擦状态的平衡agc-iso.sav 进一步调整并赋值粘结模型，是模型达到各向同性应力状态agc-flt.sav 消除模型的中的浮动粒子，默认值为接触数小于2的粒子；agc-spc.sav 生成最终模型接下来就是调用agc_ex.dvr 文件进行压缩实验了；这个文件将巴西圆实验与双轴压缩实验一同解决了，都用的同一个样本，即前面生成的文件agc-spc.sav 中的模型。

在这个dvr文件中调用了两个dvr文件，即：_brazil1.dvr 和 _btw.dvr。

这两个文件分别是调用巴西圆测试功能函数与双轴压缩功能函数。

生成的文件分别为：巴西测试：agc_bt0.sav 巴西测试条件初始化agc_bt1.sav 巴西测试结果双轴压缩：agc_nn_bw0.sav 测试条件初始化agc_nn_bw1.sav 测试结果这里的nn表示围呀的大小，在manual中，粒子的围压为0，所以保存的文件就是agc_00_bw0.sav和agc_00_bw1.sav到此为止，基本上将运行中相关文件和运行的大致过程说完。

5)模拟运行的进一步准备 a)合理确定每一时步所需时间，若运行时间过 长，很难得到有意义的结论，所以应该考虑在多台 计算机上同时运行。 b)模型的运行状态应及时保存，以便在后续运 行中调用其结果。例如如果分析中有多次加卸荷过 程，要能方便地退回到每一过程，并改变参数后可 以继续运行。 c)在程序中应设有足够的监控点(如参数变化 处、不平衡等)，对中间模拟结果随时作出比较分 析，并分析颗粒流动状态。
pfc2d颗粒流软件中文说明andy墨攻主要内容第一部分pfc2d颗粒流程序简介第二部分有限差分法基础介绍第三部分离散元法基础介绍第四部分颗粒流程序简介第二部分有限差分法基础介绍第三部分离散元法基础介绍第四部分pfc2d的使用第一部分pfc2d颗粒流程序简介?1理论背景?2颗粒流方法的基本假设?3颗粒流方法的特点?4可选特性?5应用领域?6求解步骤作为离散元的一种二维颗粒流程序particlefollowcodepfc2d数值模拟新技术其理论基础是cundall1979提出的离散单元法用于颗粒材料力学性态分析如颗粒团粒体的稳定变形及本构关系专门用于模拟固体力学大变形问题
PFC2D中几何特征、物理特性和解题条件的说明 不如FLAC和UDEC程序那样直截了当。 例如用连续介质程序，创建网格、设置初始压力、 设置固定或自由边界。在象PFC2D这样的颗粒程序 中，由于没有唯一的方法在一个指定的空间内组合 大量的粒子，粒子紧密结合的状态一般不能预先指 定。必须跟踪类似于物体压实的过程，直到获得要 求的孔隙率。 由于颗粒相对位置变化产生接触力，初始应力状 态的确定与初始压密有关。由于边界不是由平面组 成，边界条件的设定比连续介质程序更复杂。
属性与各个粒子或接触有关，而不是与“类型号” 有关。 因此，可以指定属性和半径的连续变化梯度。 “节理生成器”用来修改沿指定轨迹线的接触特性。 假定这些线叠加在颗粒集合体上。用这种方法，模型 可以被成组的弱面，如岩石节理切割。

PFC软件简介PFC简介，适合初学者。

1．PFC简介⼆维颗粒流程序PFC2D（Particle Flow Code in 2 Dimension）是通过离散单元⽅法来模拟圆形颗粒介质的运动及其相互作⽤。

最初，这种⽅法是研究颗粒介质特性的⼀种⼯具，它采⽤数值⽅法将物体分为有代表性的数百个颗粒单元。

利⽤颗粒模型理解单元的⼒学特性后，⽤连续介质的⽅法来求解包含复杂变形⽅式的真实问题。

以下两种因素促使PFC2D⽅法产⽣变⾰：（1）由颗粒模型的试验结果导出⼀般的本构关系很难；(2) 随着微机能⼒的惊⼈增强，现在⽤颗粒模型模拟整个问题成为可能，⼀些本构特性在模型中⾃动形成。

因此，PFC2D 便成为模拟固体⼒学和颗粒流复杂问题的⼀种有效⼯具。

EPFC2D可以直接模拟圆形颗粒的运动和相互作⽤问题。

颗料可以代表材料中的个别颗粒，例如砂粒，也可以代表粘结在⼀起的固体材料，例如混凝⼟或岩⽯。

当粘结以渐进的⽅式破坏时，它能够破裂。

粘结在⼀起的集合体可以是各向同性，也可以被分成⼀些离散的区域或块体。

这类物理系统可以⽤处理⾓状块体的离散单元程序UDEC和3DEC来模拟。

然⽽PFC2D有三个优点：⾸先，它有潜在的⾼效率。

因为圆形物体间的接触探测⽐⾓状物体间的更简单；第⼆，对可以模拟的位移⼤⼩实质上没有限制；第三，由于它们是由粘结的粒⼦组成，块体可以破裂，不象UDEC和3DEC模拟的块体不能破裂。

⽤PFC2D模拟块体化系统的缺点是，块体的边界不是平的，⽤户必须接受不平的边界以换取PFC2D提供的优点。

PFC2D中⼏何特征、物理特性和解题条件的说明不如FLAC和UDEC程序那样直截了当。

例如⽤连续介质程序，创建⽹格、设置初始压⼒、设置固定或⾃由边界。

在象PFC2D这样的颗粒程序中，由于没有唯⼀的⽅法在⼀个指定的空间内组合⼤量的粒⼦，粒⼦紧密结合的状态⼀般不能预先指定。

必须跟踪类似于物体压实的过程，直到获得要求的孔隙率。

由于颗粒相对位置变化产⽣接触⼒，初始应⼒状态的确定与初始压密有关。

本示例表示生成球体在一定的空间内进行运动的部分代码以及代码表示意义。

新建一个PFC3D模型必要部分生成的整体日志。

PFC3D建模需要的部分和代码解释*********************************************** Logging started at 周三八月30 16:50:55 2017* By pfc3d Version 5.00 Release 025*** Job Title: Pandect example**********************************************pfc3d>pfc3d>; 3-设置模型名称，可有可无。

pfc3d>title 'Pandect example'pfc3d>pfc3d>; 4-设定计算区域(必要条件)pfc3d>; Set the domain extentpfc3d>domain extent -10.0 10.0 -20 20 ; domain当中有两个关键词是condition和extent，condition指的是边界条件periodic ;destroy ;stop ;reflect；condition默认值是stop。

extent指的是模型区域pfc3d>pfc3d>; 5-指定随机种子（若不指定，种子随机）pfc3d>set random 10001;默认值是一万，且数量级是相同的数量级，也就是该随机数值10000不能过大，不能过小。

设置随机种子以后，生成的颗粒的半径和位置都在范围内随机。

pfc3d>pfc3d>; 6-生成及修改模型组件(必要条件)，有三种命令是来生成颗粒的，generate，create，distribute。

pfc3d>; Generate 30 balls in a box，wall就是一个生成颗粒的容器。

聚合氯化铁(PFC)的概述聚合氯化铁(PFC)物化性能：棕黄色粘稠液体。

相对密度1.450，酸性，易溶于水。

聚合氯化铁是20世纪80年代后期，针对铝盐絮凝剂残留铝对人体带来严重危害及铝的生物毒性等问题，铁盐絮凝剂混凝效果差、产品稳定性不好等不足，研制开发的新型无机高分子絮凝剂。

聚合氯化铁絮凝效果与三氯化铁比较要高得多。

当处理的水温较低时，效果更明显。

制备方法：在三氯化铁溶液中加入氢氧化钠，生成碱式氯化铁一钠，加入氢氧化钙生成碱式氯化铁一钙。

要求铁离子(Fe3+)浓度在0.01～0.75mol/L，氢氧根与铁的比(OH/Fe)在0～2.5之间。

具体配制如下：将10mL 0.5mol/L六水氯化铁用水稀释到200mL，在快速搅拌下，缓慢地加入50mL 0.25mol的氢氧化钠，控制碱化度为11%左右，即为产品。

每次制备数量不宜过多，制备后立即使用。

存放不得超过20h，否则溶液将发生变化。

产品应用：该产品可用于生活用水及生产给水的净化处理。

可直接计量投加或适当稀释后投加，用做原水处理时有效投加量20～50mg/L，适用pH值范围广，处理后水的pH降低不大，不增加水的色度，是一种新型高分子絮凝剂。

聚合氯化铁的用途：可用于源水净化及印染造纸、洗煤、食品、制革工业废水和城市生活污水的处理。

特别市对浊度的源水，工业废水的处理优与其他絮凝剂，对水中各种有害元素都有较高的脱除率，COD 除区率达60-95％。

用药量少，处理效果好，比其它混凝剂节约10-20％费用。

聚合氯化铝的用途：a、城市给排水净化：河流水、水库水、地下水 b、工业给水净化 c、城市污水处理 d、工业废水和废渣中有用物质的回收、促进洗煤废水中煤粉的沉降、淀粉制造业中淀粉的回收 e、各种工业废水处理：印染废水、皮革废水、含氟废水、重金属废水、含油废水、造纸废水、洗煤废水、矿山废水、酿造废水、冶金废水、肉类加工废水f、污水处理 g、造纸施胶 h、糖液精制 i、铸造成型j、布匹防皱 k、催化剂载体 l、医药精制 m、水泥速凝 n、化妆品原料。

岩石单轴压缩PFC3D平直节理模型细观参数标定方法摘要：离散元法能较为准确地反映岩石等非均质材料的细观几何特点，而建立离散元数值模型首先要确定其细观参数。

本文基于正交试验的方法确定了PFC3D平直节理模型的细观参数，通过设计正交试验方案，进行了多因素方差分析和线性回归分析，得到了宏-细观参数表达式，最后开展了砂岩单轴压缩试验的室内试验和数值模拟验证了参数标定方法的可靠性。

关键词：平直节理模型；单轴压缩；参数标定；正交设计0 引言在矿山开采、水利交通、地下开挖等岩体工程中，岩石的非均质性影响着岩体的力学特性以及破坏机制，对岩体的稳定性造成影响，易引发安全事故。

由于实验测试不能很好地揭示岩石三维裂纹扩展的细观机理，相关的理论分析也比较复杂，因此，数值模拟依靠高效率、低成本的优势成为岩石力学研究的重要手段。

PFC软件（particle flow code，PFC），是以离散单元理论为基础的颗粒流程序，能自然地模拟岩石材料介质的宏观运动规律，在岩土工程领域得到了广泛应用，对模拟加载作用下的大变形问题非常有优势。

在PFC颗粒程序中，模拟材料介质为颗粒单元集合体，牛顿第二定律是颗粒间的运动所遵循的唯一物理规律，而颗粒之间的接触符合力与位移定律，用来更新颗粒的运动位置，材料的损伤以颗粒间接触的破坏表示，从而可以揭示岩体破坏过程中裂纹的孕育和扩展的时空演化规律，较好地模拟材料的细观力学行为。

细观参数标定是PFC数值模拟过程中重要的工作，参数标定的准确性决定了模拟结果的有效性。

离散元的参数标定步骤较为繁琐，不像有限元软件可以直接根据本构方程来得到数值模拟中的参数，而是要根据试验结果，不断校准数值模型的多个细观参数，使得数值模拟结果与试验结果一致，这种传统的“试错法”具有盲目性，因此具备一种简单有效的参数标定的方法很重要。

本文通过正交试验设计、多因素方差分析、回归分析，得到了PFC3D平直节理模型的宏-细观参数表达式，简化了岩石单轴压缩数值模拟的标定步骤，具有重要的实际意义。

卸载岩爆试验及PFC3D数值模拟[摘要]在高地应力条件下地下工程开挖时，硬脆性围岩会因为开挖卸载导致洞壁应力异常分化，岩土中的弹性应变能力会突然释放从而造成爆破松落、弹射等抛掷现象。

这种动力破坏被称为岩爆。

通过卸载岩爆试验及PFC3D数值模拟是可以对岩爆区岩爆的发生进行预测预报的。

[关键字]岩爆卸载岩爆试验PFC3D 数值模拟近年来我国地下工程越来越多，岩爆灾害的防治越来越受到人们的关注。

那么，如何避免和减少岩爆对工程以及人们生活的影响。

本文就对目前在岩石作业中普遍采用的卸载岩爆试验及PFC3D数值模拟进行了介绍与探讨。

1卸载岩爆试验及PFC3D数值模拟的必要性在高地应力条件下地下工程开挖时，硬脆性围岩会因为开挖卸载导致洞壁应力异常分化，岩土中的弹性应变能力会突然释放从而造成爆破松落、弹射等抛掷现象。

这种动力破坏被称为岩爆。

由于岩土的物理构造发生变化，少量或大量的岩石会对施工设备或者施工人员造成安全威胁，所以这一问题引起了工程科技以及科技人员的普遍关注。

澳大利亚的布雷迪早在《矿山压力与岩层控制》一书中就已经对爆岩成因以及灾害防治等方面做出了研究。

他提出了许多诸如：机制、强度、能量与失稳等理论以及预测方法。

但是对于实际爆岩的发生，由于其影响因素较为复杂，人们无法对岩爆发生条件与整体机制达成共识。

作为探讨岩爆机制与类型的重要手段，卸载岩爆试验的出现起到了关键作用。

它是一种对岩爆区岩石事件进行的一种室内仿真试验。

它是研究岩爆机制和岩爆条件的重要方法，它可以实时的对岩爆进行预测预报。

但是室内岩爆试验的耗材以及费用都相当的昂贵，所以这种方法在一定程度上是不便于大面积使用的。

由此PFC3D数值模拟就显得非常有必要了，PFC3D数值模拟是一种新型的实质分析方法，它是通过对岩爆数据与室内岩爆试验数据进行对比来完成对岩爆预测预报的一种重要手段。

2室内岩爆试验室内卸载岩爆试验是研究、探讨岩爆机制与类型的重要手段。

它是对岩爆区岩爆试件进行的岩爆仿真试验，它可以判断岩爆是否发生以及发生条件，以此来对岩爆进行预侧预报。

本示例表示生成球体在一定的空间内进行运动的部分代码以及代码表示意义。

新建一个PFC3D模型必要部分生成的整体日志。

PFC3D建模需要的部分和代码解释*********************************************** Logging started at 周三八月30 16:50:55 2017* By pfc3d Version 5.00 Release 025*** Job Title: Pandect example**********************************************pfc3d>pfc3d>; 3-设置模型名称，可有可无。

pfc3d>title 'Pandect example'pfc3d>pfc3d>; 4-设定计算区域(必要条件)pfc3d>; Set the domain extentpfc3d>domain extent -10.0 10.0 -20 20 ; domain当中有两个关键词是condition和extent，condition指的是边界条件periodic ;destroy ;stop ;reflect；condition默认值是stop。

extent指的是模型区域pfc3d>pfc3d>; 5-指定随机种子（若不指定，种子随机）pfc3d>set random 10001;默认值是一万，且数量级是相同的数量级，也就是该随机数值10000不能过大，不能过小。

设置随机种子以后，生成的颗粒的半径和位置都在范围内随机。

pfc3d>pfc3d>; 6-生成及修改模型组件(必要条件)，有三种命令是来生成颗粒的，generate，create，distribute。

pfc3d>; Generate 30 balls in a box，wall就是一个生成颗粒的容器。