PFC(6.0)模拟:GBM模型（grain- based model ，参考文献：Potyondy. D. 2010)， pb-sj或pb-pb 单轴。 模拟花岗岩等矿物晶体岩石，多种矿物晶体模型，其中矿物种类 数量分布可以自定义。可以监测sj裂纹，和各矿物内裂纹。

本文系统解析了一套基于Itasca PFC（Particle Flow Code）6.0平台实现的Grain-Based Model（GBM）流程，用于模拟含多种矿物组分的岩石在压缩载荷下的力学响应与破裂演化过程。该流程完整覆盖从颗粒生成 → 多矿物识别 → 刚性块体构建 → 精细化接触建模 → 宏观力学加载与裂纹追踪五大阶段，适用于研究花岗岩、片麻岩等多矿物异质岩体的破坏机理。

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一、多尺度颗粒生成与矿物组分定义

模拟起始于一个二维域（-0.05 m 至 0.05 m 宽，-0.1 m 至 0.1 m 高）内的颗粒填充。通过 ball distribute 命令，采用四组粒径区间分别代表四种典型矿物相：

• 石英（shiying）：半径 2.5–3.0 mm，体积占比 15%
• 钾长石（jiachangshi）：半径 2.0–2.5 mm，占比 20%
• 斜长石（xiechangshi）：半径 1.5–2.0 mm，占比 60%
• 云母（yunmu）：半径 1.0–1.5 mm，占比 5%

颗粒密度统一设为 2500 kg/m³，并引入 5% 孔隙率以逼近真实岩石结构。初始阶段采用线性接触模型配合密度缩放与时步自动调整，快速实现静力平衡，生成初始颗粒装配体（model1）。

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二、Voronoi 刚性块体构建与矿物归属映射

为实现“晶粒级”建模，流程利用 Voronoi 图将颗粒装配体转换为刚性多边形块体（rblock）。关键步骤如下：

1. 几何节点生成：遍历所有颗粒，以其质心创建几何节点，并根据颗粒所属矿物组分配几何组别。
2. Voronoi 分割：基于几何节点集构建 Voronoi 单元，生成与矿物颗粒一一对应的刚性块体。
3. 矿物标签继承：通过查找每个块体中心最近的原始颗粒，继承其矿物类型（石英、长石等），实现矿物相的空间映射。

此阶段输出四个独立的几何集合（shiying, jiachangshi 等），用于后续精确识别不同矿物域（model3）。

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三、精细化接触本构模型配置

在重建颗粒系统后（model4），流程对两类接触分别赋予不同的力学行为：

1. **矿物内部接触**（同组颗粒间）

采用 Flat-Joint 模型（FJ），该模型可同时模拟张拉与剪切粘结行为，适用于模拟完整晶粒内部的强粘结特性。四类矿物分别配置独立的力学参数：

矿物	弹性模量 (GPa)	抗拉强度 (MPa)	粘聚力 (MPa)	摩擦角 (°)
石英	20	10	10	20
钾长石	15	8	8	20
斜长石	10	6	6	30
云母	5	4	4	30

2. **矿物界面接触**（异组颗粒间）

采用 Smooth Joint 模型（SJ），模拟晶界弱面行为，赋予较低的粘聚力（1 MPa）、抗拉强度（1 MPa）和摩擦系数（0.1），反映矿物边界易滑移、易开裂的特性。

PFC(6.0)模拟:GBM模型（grain- based model ，参考文献：Potyondy. D. 2010)， pb-sj或pb-pb 单轴。 模拟花岗岩等矿物晶体岩石，多种矿物晶体模型，其中矿物种类 数量分布可以自定义。可以监测sj裂纹，和各矿物内裂纹。

通过 contact group 逻辑自动区分“rock”（同矿物）与“jiemian”（界面）两类接触，实现本构模型的自动指派。

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四、单轴压缩加载与破裂演化追踪

最终阶段执行位移控制的单轴压缩试验：

• 加载方式：上下边界墙以 5 m/s 速度相向运动（模拟应变控制加载）。
• 数据记录：通过 FISH 函数实时计算轴向应力、轴向应变，并绘制应力-应变曲线。
• 破裂监测：集成自定义 fracture.p2fis 模块，监听 bond_break 事件，在接触失效（张拉或剪切）时自动生成裂纹线段，并分类标记为“tension”或“shear”。
• 终止条件：当应力降至峰值 30% 时自动停止计算，确保捕获完整破坏过程。

该裂纹追踪系统不仅记录裂纹数量与类型，还结合 fragment compute 功能实现碎块识别与演化分析，为后续断裂网络与块体崩解研究提供数据基础。

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五、技术特点与应用价值

本流程具备以下核心优势：

• 矿物异质性显式建模：通过多组颗粒与刚性块体映射，真实反映岩石多矿物结构。
• 接触行为差异化定义：区分晶内与晶界力学响应，更符合岩石微结构特征。
• 全过程破裂可视化：从微裂纹萌生到宏观断裂，实现破坏机制的定量追踪。
• 可扩展性强：参数化设计便于替换矿物类型、调整配比或引入节理、孔洞等复杂结构。

该方法为岩石力学、地质工程、采矿与岩土数值模拟领域提供了一套高保真、可复现的GBM建模范式，尤其适用于岩爆机制、水力压裂路径预测、矿物选别破碎能耗分析等前沿课题。

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注：本文基于 PFC 6.0 脚本逻辑解析，不涉及具体代码复现，聚焦于建模思想与技术流程阐述。