Cover Page i NUMERICAL MODELING IN MICROMECHANICS VIA PARTICLE METHODS— 2004 Page ii This page intentionally left blank. Page iii PROCEEDINGS OF THE 2ND INTERNATIONAL PFC SYMPOSIUM, 28–29 OCTOBER 2004, KYOTO, JAPAN  Numerical Modeling in Micromechanics via Particle Methods—2004  Edited by Y.Shimizu, R.D.Hart & P.A.Cundall  Itasca Consulting Group, Inc., Minneapolis, MN, USA   A.A.BALKEMA PUBLISHERS LEIDEN/LONDON/NEW YORK/PHILADELPHIA/SINGAPORE Page iv Copyright © 2004 Taylor & Francis Group plc, London, UK All rights reserved. No part of this publication or the information contained herein may be reproduced, stored  in a retrieval system, or transmitted in any form or by any means, electronic, mechanical, by photocopying,  recording or otherwise, without written prior permission from the publisher. Although all care is taken to ensure the integrity and quality of this publication and the information herein,  no responsibility is assumed by the publishers nor the author for any damage to property or persons as a result  of operation or use of this publication and/or the information contained herein. Published by: A.A.Balkema Publishers, Leiden, The Netherlands, a member of Taylor & Francis Group plc  www.balkema.nl, http://balkema.tandf.co.uk and www.tandf.co.uk This edition published in the Taylor & Francis e­Library, 2005.  To purchase your own copy of this or any of Taylor & Francis or Routledge’s collection of thousands of eBooks please go to www.eBookstore.tandf.co.uk.  ISBN 0­203­02441­9 Master e­book ISBN  ISBN 90 5809 679 3 (Print Edition) Page v Table of Contents Numerical Modeling in Micromechanics via Particle Methods—2004—Shimizu, Hart & Cundall (eds.)   © 2004 Taylor & Francis Group, London, ISBN 90 5809 679 3     Preface   IX  Organization   XI      Soil/structural support  Use of DEM to model the interlocking effect of geogrids under static and cyclic loading 3     H.Konietzky, L.te Kamp, T.Groeger & C.Jenner DEM modeling of soil geocomposite material for rockfall impact 13     D.Bertrand, F.Nicot & Ph. Gotteland Microstructure modeling of granular media and interactions between pile and granular ground by DEM 21     K.Maeda, T.Sakurai, A.Oomura & H.Hirabayashi    Slope and wall stability  Application of PFC3D for determination of soil properties and simulation of the excavation process in front of sheet pile wall constructions  35     M.Pohl, M.Pulsfort & B.Walz Finite element and discrete element modeling for the solution of spatial active earth pressure problems 45     F.tom Woerden, M.Achmus & K.Abdel­Rahman  Numerical study on the cause of a slope failure at a gravel pit using PFC and FLAC 51     T.Sakakibara, M.Ujihira & K.Suzuki Evaluation of castle stone wall stability with the particle flow code 57     M.Mizumoto & G.Q.Cao    Rock fractures  Simulation of rock cutting using distinct element method—PFC2D  63     S.Lei, P.Kaitkay & X.Shen Evaluation of behavior of EDZ around rock cavern by AE measurements and PFC simulation 73     K.Aoki, Y.Mito, T.Mori & T.Maejima Numerical simulation of the mechanical behavior of discontinuous rock masses 85     E.­S.Park, C.D.Martin & R.Christiansson     Industrial  Introduction of research and development on electromechanics of electromagnetic particles for imaging technology 95     H.Kawamoto DEM simulation of bulk material flow in a feeding system of blast furnace 103     J.F.Ferellec, C.Mochizuki & A.Hirata Using particle flow code to investigate energy dissipation in a rotary grinding mill 111     R.S.Sarracino, A.T.McBride & M.S.Powell The modeling of the separation process in a ferrohydrostatic separator using discrete element method 119     V.Murariu, J.Svoboda & P.Sergeant Page vi A discrete particle contact model for sintering 127     S.Luding Discrete element modeling for dynamics of vibro­impact system  135     M.Saeki    Shear flow  GEM simulation of shear flows in granular media 143     Y.Kishino PFC3D modeling of inter­particle percolation in caved rock under draw  149     M.E.Pierce Flow behavior of cohesive and frictional fine powders 157     S.Luding, R.Tykhoniuk, J.Tomas, L.Heim, M.Kappl & H.­J.Butt  Mixtures of rolling and non­rolling circular disks studied at high shear strains  165     T.Vietor    Geology  Simulation of magmatic fabrics using PFC 175     Y.Park, C.Lee & J.­H.Ree  Simulation of a two­dimensional ‘thin­skinned’ orogenic wedge using PFC  181     C.Lee, Y.Park & S.Kwon Simulation of accretionary prisms by distinct element method 187     Y.Yamada, S.Ueda & T.Matsuoka Numerical simulation of gas hydrate behavior in marine sediments using PFC2D  191     S.Kreiter, B.Grupe & V.Feeser The particle flow code, PFC2D, applied in planetary studies to model the tectonic evolution of chasma walls on Mars  199     B.Imre    Theory & development  On a new numerical analysis method for fracture problems 209     M.Hori & K.Oguni A self­similar bond model for PFC2D  217     P.A.Cundall A grid computing architecture for applications in distributed computation 225     X.Lin & J.R.Williams Ab initio emergent phenomena in PFC 235     B.E.Hobbs, A.Ord, K.Regenauer­Lieb, F.Boschetti, Y.Zhang & S.Durrlemann  Discrete computational methods as the tools for studying behavior of materials, structures and complex media on different scales  241     S.G.Psakhie Application of an ellipsoid approximation to discrete/distinct element modeling 249     S.Johnson, J.R.Williams & B.K.Cook    Fluid coupling  Fluid coupling in PFC3D using the measurement spheres  257     Y.Okura, H.Ochiai, P.A.Cundall & Y.Shimizu Page vii Flow deformation of a river dike due to seismic liquefaction 265     T.Honda & I.Towhata A study on the calculation of particle volumetric deformation in a fluid coupled PFC model 273     L.Li & R.M.Holt Fluid coupling in PFC2D and PFC3D  281     Y.Shimizu Design of gas storage rock cavern by the hydro­mechanical coupled discrete model  289     K.Aoki, Y.Mito, T.Matsuoka & D.Kondoh DEM­fluid model development for near­wellbore mechanics  301     B.K.Cook, D.F.Boutt, O.E.Strack, J.R.Williams & S.M.Johnson    Lab/element tests   Micromechanical modeling of granular materials under triaxial and oedometric loading 313     R.Katzenbach & A.Schmitt Particle shape influence on the fracture behavior of concrete 323     N.M.Azevedo & J.V.Lemos The use of particle flow code for investigating the stress memory effect in rocks 331     V.Louchnikov, S.P.Hunt & A.G.Meyers Numerically modeling the strength of ice using discrete elements 341     L.U.Arenson Effects of intergranular adhesive force on behavior of granular material 347     S.Kato, T.Sakakibara & H.Yoshimori Development of compressive failure analysis of concrete specimen by 3­dimensional distinct element method  355     D.Haraki, H.Shiraishi & S.Katsuki Experimental validation of modeling irregular particle shapes using DEM 363     A.M.Sallam, A.K.Ashmawy & B.D.Runkles Three­dimensional discrete element simulations of direct shear tests  373     C.O’Sullivan, L.Cui & J.D.Bray  Calibration of a distinct element model for rock failure envelope and tensile strength 383     A.Fakhimi & T.Villegas Influence of stress history on in situ and core compaction 391     R.M.Holt, C.J.Kenter, B.Verboom & D.Doornhof Numerical modeling of weak sand behavior 397     R.Narayanasamy Macro­mechanical behavior for an assembly of grains modeled by bonding spheres  407     Y.Nakata, M.D.Bolton & Y.P.Cheng Elasto­visco­plastic constitutive model of sea ice with strain rate dependent ice strength  415     D.Zyryanov & R.Korsnes 3­D image­based discrete element modeling for irregularly­shaped grains  421     T.Matsushima Comparison between numerical and laboratory tests of rapidly sheared granular materials 429     K.Iwashita, K.Ichiba & M.Oda    Author index   435 Page viii This page intentionally left blank. Page ix Preface Numerical Modeling in Micromechanics via Particle Methods—2004—Shimizu, Hart & Cundall (eds.) © 2004 Taylor & Francis Group, London, ISBN 90  5809 679 3 PFC2D and PFC3D model the movement and interaction of assemblies of discrete particles using the distinct element numerical method. These programs have been  distributed by Itasca Consulting Group, Inc. since their first commercial release in 1994. Initial development was partially funded by a consortium of companies for  engineering applications ranging from large­scale mine block caving to micro­scale powder compaction and sintering.  The variety of applications of PFC has continued to increase in the 10 years since the first release of these programs. This volume contains a collection of 52 papers  selected for presentation at the 2nd PFC Symposium, held 28–29, 2004, in Kyoto, Japan. These contributions cover a wide range of engineering applications and  theoretical developments using PFC, and discrete methods in general. Topics include applications in civil engineering, slope and wall stability, rock fracture, shear  flows, geology and industrial engineering. New developments are also described for contact bond models, fluid coupling and model calibration.  This proceeding illustrates the great variety of PFC applications in different engineering fields, and includes case studies and general applications as well as research  presentations. The volume should serve as a guide to help PFC users in their applications. We would like to acknowledge the contribution of CRC Solutions, Corp., Tokyo, Japan, especially Toshio Iwasaki, in hosting the 2nd PFC conference and  assisting with the preparation of these proceedings. We also thank Michele Nelson who served as Technical Editor for the papers contained in this volume, and Chad  Sylvain, who prepared the graphics illustration for the cover. Their assistance has been invaluable. Yoshi Shimizu  Roger Hart  Peter Cundall  Editors