PFC2D\3D颗粒离散元计算方法及应用/Itasca岩土工程数值模拟方法及应用丛书

自1971年Peter Cundall院士创立了离散元以后，该方法已经在科研和工程实践中得到了广泛的应用，而Itasca开发的PFC无疑是世界范围内关于颗粒离散元最权威的软件。本书主要介绍了PFC数值计算软件的功能、理论背景、操作方法及开发技术，并结合了大量的科学与工程应用，力求既满足初学者的要求，也为有一定基础的读者深入学习PFC提供了理论参考和应用实例。本书的两位作者曾在Itasca美国从事技术开发和咨询工作多年，一位作者目前任Itasca中国技术总监。书中的主要内容包括：PFC数值方法及基本理论；PFC入门操作及基础知识；PFC接触模型及二次开发；PFC数值试验功能包FistPkg；PFC光滑节理模型研究；PFC中加载速率对岩石力学特性表征的影响；颗粒流程序与流体动力学的耦合方法；PFC在锦屏深埋隧洞工程中的应用；非连续与连续（PFC-FLAC）耦合计算方法；PFC模拟水力压裂在煤层中的应用；PFC模拟水力压裂在石油工程中的应用。本书可供土木、水利、矿山、地质、石油、地球物理、交通和材料等行业从事宏细观数值模拟、科学计算方法和理论研究的科研人员参考使用，也可作为相关专业的研究生教材或教学参考书。

第1章 PFC数值计算方法及基本理论 1.1 PFC数值计算方法简介 1.1.1 颗粒离散元的产生背景 1.1.2 颗粒离散元PFC的应用与发展 1.1.3 颗粒离散元PFC程序的开放性 1.2 颗粒离散元PFC的基本力学理论 1.2.1 颗粒离散元PFC中的物理和力学定律 1.2.2 颗粒离散元PFC中接触模型的基本组成 1.2.3 综合岩体模型（SRM） 1.2.4 平节理模型 1.3 颗粒离散元PFC支持的材料模型 第2章 PFC入门操作及基础知识 2.1 PFC4.O基本操作 2.1.1 PFC 4.O界面操作介绍 2.1.2 PFC 4.O算例：入门简单算例 2.2 PFC 5.0基本操作 2.2.1 软件的安装 2.2.2 软件的基本操作方法 2.2.3 软件的模拟流程 2.3 PFC 5.O功能概述 2.3.1 功能与设计上的优化 2.3.2 自动多线程和有效的接触探测 2.3.3 C1ump模板的新运算／可视化 2.3.4 相关术语（Terminology） 2.3.5 PFC 5.O的部分突出变化（Select Features Highlight） 2.4 PFC中的组件及命令 2.4.1 模型组件及命令 2.4.2 通用组件及命令 2.5 PFC3D算例：浅埋基础 2.5.1 算例介绍 2，5.2 球组件的准备 2.5.3 条形基础的设置 2.5.4 浅埋隧道的开挖 2.5.5 小结 2.6 FISH语言 2.6.1 FISH语言规则变量及函数 2.6.2 内联（inline）FISH或FISH片段 2.6.3 FISH函数的执行 2.6.4 PFC 4.O～5.0的主要FISH语言变化 2.6.5 实例：用FISH函数标记球模型 2.6.6 实例：增加球密度 2.6.7 FISH中的错误处理 2.7 PFC2D算例：颗粒材料试件试验 2.7.1 算例介绍 2.7.2 模型的生成 2.7.3 应力和应变测量实用函数 2.7.4 双轴试验 2.7.5 剪切试验 2.7.6 小结 第3章 PFC接触模型及二次开发 3.1 PFC4.0 中的接触模型 3.2 PFC5.0 中的接触模型 3.2.1 接触模型的框架 3.2.2 基于线性模型的算例 3.2.3 黏结颗粒材料（BPM）算例 3.2.4 接触模型的校核 3.3 用户自定义接触模型的开发 3.3.1 PKC4.O开发环境 3.3.2 PFC5.O开发环境 第4章 PFC数值试验功能包FistPkg 4.1 概述 4.2 功能包简介 4.2.1 PFC数值试验类型及实现步骤 4.2.2 功能包文件夹构成 4.3 试样制备 4.3.1 概述 4.3.2 试样基本属性的定义 4.3.3 试样材料属性定义 4.3.4 试样制备成果检查与分析 4.4 试样加载 4.4.1 文件构成及功能 4.4.2 试验类型及参数定义 4.4.3 相关主要功能及实现 4.5 数值试验样例（以接触黏结材料为例） 4.6 附本章提及部分代码及说明 第5章 PFC光滑节理模型研究 5.1 模拟节理岩体的光滑节理模型 5.1.1 PFC 5.O中的光滑节理模型 5.1.2 光滑节理模型算例 5.2 单节理岩体各向异性研究 5.2.1 单节理SJM模型的参数特性研究方案 5.2.2 光滑节理模型中的细观参数研究 5.2.3 细观参数标定方法 5.2.4 验证 5.3 层状节理岩体各向异性研究 5.3.1 层状节理岩体模型 5.3.2 层状节理岩体节理细观参数影响 5.3.3 细观参数标定方法 5.3.4 验证 5.4 结论 第6章 PFC中加载速率对岩石力学特性表征的影响 6.1 概述 6.2 岩体三轴压缩物理试验及数值模拟 6.2.1 三轴物理试验设计 6.2.2 三轴数值试验模拟过程 6.2.3 PFC3D细观参数标定 6.2.4 小结 6.3 SJM细观参数对岩体宏观特性影响研究 6.3.1 摩擦系数的影响 6.3.2 刚度的影响 6.3.3 小结 6.4 节理岩体加载速率效应的数值模拟研究 6.4.1 计算方案设计 6.4.2 模拟结果分析 6.4.3 小结 6.5 结论 第7章 颗粒流程序与流体动力学的耦合方法 7.1 绪论 7.2 流体中含有低集中度颗粒 7.3 颗粒群中含有微量流体 7.4 低压力梯度流场中的颗粒群 7.4.1 低孔隙度低雷诺数流动中的饱和颗粒群 7.4.2 非均匀孔隙度层流到湍流中的部分饱和颗粒群 7.5 高压力梯度流场中的稳定颗粒群 7.6 高梯度流体压力场中的非稳定颗粒群 7.6.1 例1：圆管中的泊肃叶流 7.6.2 例2：圆柱扰流问题 7.6.3 例3：两个圆形颗粒在黏性流体中自由沉降过程的互动 第8章 PFC在锦屏深埋隧洞工程中的应用 8.1 概述 8.1.1 引言 8.1.2 支护优化的基础和依据 8.1.3 锚杆参数设计原则 8.2 围岩开挖响应分析 8.2.1 围岩破坏统计分析 8.2.2 围岩声波测试成果分析 8.3 围岩开挖损伤研究 8.3.1 历史回顾与总结 8.3.2 围岩开挖损伤演化和损伤区描述 8.4 围岩破坏损伤深度的非连续方法预测 8.4.1 大理岩PFC模型参数设置 8.4.2 大理岩复杂力学特