给 PFC 写了个开真裂隙的技能

先说结论：我给 PFC 6.0 写了一个新技能 pfc-flaw，专门做预制裂隙。给它四个数——位置、角度、长度、厚度——它就在试样里开出一条真正的矩形空腔：能一次开多条，能在加载前把量测该查的都查一遍，也能一键生成整套脚本链去扫参数。下面讲这个技能是怎么做的、能干什么、怎么用；最后顺手用它跑了一次裂隙倾角扫描。

1. 这个技能能做什么

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• 四个参数定义一条裂隙：位置、角度、长度、厚度。想开几条就写几行，共面、平行、交叉都行。
• 开出来的是空腔，不是弱面：裂隙内的颗粒被真的删掉了，两侧之间没有任何接触。
• 开凿过程可控：裂隙面的颗粒会被压平，洞的尺寸等于设计值，不是一堆球面围出来的毛边洞。
• 每一步都有自检：六个闸门，跑完直接看数，不用自己写探查脚本。
• 一条命令出整套脚本链：生成 → 跑 → 出报告，还带批量扫参数（共用一份成样，只变裂隙）。
• 支持完整试样对照：加一个开关就生成不含裂隙的对照组，和裂隙组共用同一份成样。

2. 为什么需要它：弱面法做不出"洞"

做含裂隙岩石数值试验的人绕不开一个问题：试样里那条裂隙，到底该怎么"放"进去。

主流做法是弱面法：不动几何，只在裂隙经过的位置，把颗粒之间的接触换成一套"易坏"的接触模型（PFC 自带的 smoothjoint，或者用分组配不同的胶结参数）。我之前的层理技能走的就是这条路——层理面不切几何，只是给不同层的颗粒配不同的胶结参数。

这条路很好用，但它做出来的东西本质上是一个面：还在传压，只是传得弱一点。加载时它先坏，看起来像裂隙。

可真实的预制裂隙不是面，是洞。你不删颗粒，裂隙两侧始终贴着，法向还传着压应力。裂隙试样那些经典现象——尖端起裂、翼型裂纹从尖端往外长、岩桥贯通——前提都是"这里真的空着"。

所以这个技能走另一条路：真的把裂隙内的颗粒删掉。

3. 四步，把洞开出来

难点在于，直接删颗粒，删出来的洞边缘是毛的——洞壁是一堆球面，凹凸不平，厚度也没法控制。你没法说"我开了个 20 毫米长、2 毫米厚的矩形洞"。

所以真正要做的是先修边、再开洞。

第一步，插墙。 在裂隙的位置，用 wall create 建一个刚性的矩形墙环——不是一整块板，是四条边围成的一个框。

第二步，压平。 让模型跑几千步。颗粒被框推开，紧紧压在框的内外两侧。因为墙是刚性的、框是矩形的，贴上去的颗粒球心到墙面正好差一个半径，裂隙面就规整了。

第三步，删球。 把球心落在矩形框内的颗粒全部删掉。留下的就是一个尺寸完全等于设计值的矩形空腔，洞壁由一层排列整齐的颗粒构成。

 

图1：插墙压平、删球之后的试样。中间那道 45° 的白条就是裂隙空腔，洞壁颗粒被压得很整齐。这是技能里 2flaw 阶段结束时的状态。

第四步，胶结，然后才拆墙。

4. 拆墙必须放在胶结之后

这是整条链上最要命的一个先后顺序，也是我在设计这个技能时花时间最多的地方。

墙环是唯一撑着那个洞的东西。提前拆掉，两侧颗粒立刻贴回来，洞就没了——而且更糟：下一步加胶结时，contact method bond 会把它们直接焊死，裂隙彻底消失，你还什么都看不出来。

反过来，先加胶结：颗粒被键锁住，这时再拆墙，洞只会发生一点点弹性回弹，不会闭合。

 

图2：胶结完成、墙环拆掉之后的同一个试样。墙没了，洞还在，周围颗粒由键网络撑着。

代价是脚本链里多了一步：拆墙被单独做成一个阶段，排在胶结后面。好处也很实在——"胶结时墙还在"和"胶结后墙已拆"这两件事可以分别验证，出了问题能立刻定位是哪一步。

5. 每一步都埋了自检

这是我认为这个技能最值得说的部分：能不能用不靠"跑通没跑通"，靠几个数。

第三行那个"跨洞的键"是我最在意的：它专门用来拦"厚度给太小、两侧颗粒隔着洞还碰得到、于是被胶结焊上"的情况。判据是 0，不满足就说明参数有问题。

6. 怎么用

bash# 生成算例（默认就是中心 45 度、长 20 mm、厚 2 mm 的基准裂隙）
python ~/.claude/skills/pfc-flaw/code/gen_flaw_case.py --case-dir "单轴压缩/预制裂隙45"

# 跑
python ~/.claude/skills/pfc-run/code/run_pfc.py "单轴压缩/预制裂隙45/main.p2dat" --timeout 21600

一次做多条，把 --flaw 重复写：

bashpython ~/.claude/skills/pfc-flaw/code/gen_flaw_case.py --case-dir "工况/双裂隙" \
  --flaw 0,0.01,0.02,0.002,45 --flaw 0,-0.01,0.02,0.002,45

加 --dry-run 只校验不写文件，它会把每条裂隙的角点、厚度相对粒径的倍数、离边界的余量都打出来——几何错了当场报错，不用等 PFC 跑起来。

扫参数（倾角、长度、厚度都行）：

bashpython ~/.claude/skills/pfc-flaw/code/run_flaw_sweep.py \
  --root "单轴压缩/预制裂隙-倾角扫描" --dips 0,15,30,45,60,75,90

这个驱动会让所有算例共用同一份成样：先跑一次成样，再把那个快照复 制到每个算例。初始状态逐位相同，最后结果的差异就只可能来自裂隙本身。后面再跟一个汇总脚本，把每个算例日志里的数据抓成表、出图、生成一份 HTML 报告。

7. 顺手做的一次演示：裂隙倾角扫描

技能写完，总得拿它做点东西。四个参数里"角度"最好调，就扫了一遍。

七个角度，每个试样中央一条裂隙，长 20 mm、厚 2 mm，位置不变，只转角度。七个算例共用同一份成样，另外跑了一个完整试样作对照（UCS 92.5 MPa）。

这里的"倾角"指裂隙长轴与水平方向的夹角。所以 0° 是水平躺着的一道缝（垂直于加载方向），90° 是竖直的一道缝（平行于加载方向）。

 

图3：七个角度实际开出来的裂隙。每一格是试样中心 24×24 mm 的窗口，颗粒按真实半径绘制——中间那道白色条带就是裂隙空腔。红色虚线是该角度的设计轮廓（20×2 mm），可以看到开出来的洞和设计值基本完全重合。

 

图4：UCS 随裂隙倾角的变化。虚线是完整试样的 92.5 MPa。

趋势很干净：裂隙越"躺平"，试样越弱。水平裂隙把试样横向切开，荷载只能通过裂隙尖端那点材料往下传，强度掉一半还多；竖直裂隙则相反，两侧岩桥仍完整承担荷载，试样几乎是"绕开"了这条缝。

 

图5：七条应力-应变曲线叠在一起。弹性段几乎完全重合（同一个材料），差别全在峰值高度和峰后的跌落位置上。

顺带一个有意思的现象：越强的试样，破坏前积累的微裂纹反而越多。90° 那根掉了 2886 条裂纹，0° 只有 1065 条。0° 试样是被那条水平缝直接劈开的，破坏来得干脆；接近完整的试样要撑到更高应力，过程中不断产生微裂纹，最后才崩。

七个算例的六个闸门全部通过，跨洞键无一例外是 0。

两个必须说清的限制：
一、删球判据是"球心落在矩形内"，所以裂隙厚度得容得下至少一层半颗粒。这次用的 2 mm 厚约等于 2.2 倍最大粒径，能做出一条干净的缝，但算不上细裂纹。想要更薄的裂纹得走随机 DFN + smoothjoint 那条路——那也做不出空腔，是另一种东西。
二、扫描的七个算例里，30° 那一个第一次跑在求解阶段静默退出了（PFC 这类概率性崩溃偶有发生，重跑一次就过）。所有给出的数据都是重跑通过后的结果。