模型参数分析包括安全系数影响分析和剪切速度参数分析。
安全系数是控制时间步的参数，而时间步在前面的章节中曾经讨论过，是离散单元法数值模拟的关键参数。O'Sullivan和Bray（2004）认为，时间步受很多因素影响，比如颗粒运动条件（平移、转动或平移加转动）、颗粒排列方式、模型的维度（2D或3D）、颗粒级配、颗粒形状等。他们建议三维模型中采用球形颗粒时安全系数应取0.17（与PFC3D默认值0.8不同），采用非球形颗粒时，因为配位数增加，安全系数应该进一步减小。
现采用四个不同的安全系数进行数值模拟分析：0.5、0.2、0.1和0.05，其他参数保持不变，模拟的结果见图3.3。对于平面应变试验和三轴压缩试验，当安全系数较大时，最大偏应力对应的轴应变较大，当安全系数较小时，最大偏应力对应的轴应变较小。安全系数越低时，体积应变越小，但是这一差别并不明显。对于直剪试验，选择不同的安全系数时，应力应变曲线和体积应变曲线都没有较大差别。Ng（2006）认为，当安全系数低于0.2时，数值模拟的结果不会有较大出入。这一结论与图3.3显示的结果相吻合，当安全系数为0.2和0.5时，模拟结果相差较大。但是当安全系数低于0.2时，模拟的结果没有很明显的差别。基于O'Sullivan和Bray（2004）与Ng（2006）的结论，以及考虑到计算时间，安全系数可以取0.1。
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图3.3 安全系数参数分析
在离散元分析中，剪切速度是另一个影响数值模拟稳定性的因素。如果剪切速度过大，加载板附近的颗粒会受到巨大扰动，导致这些颗粒产生较大的速度。无论是过大的扰动还是过大的加载边界处颗粒速度，都有可能违反离散元基本原理或是模型假设情况。比如，在时间步的算法中假定每一个时间步内颗粒的速度和加速度是不变的，并且在一个时间步内扰动不可以传递到与之相邻颗粒以外的颗粒。为了遵循时间步算法的假定，当加载边界处颗粒速度很大时，就要求时间步非常小，但是较小的时间步会引起计算时间大幅增加。另外，如果加载边界颗粒速度过大，准静态假设也不成立。考虑到这些因素，为保证模拟的稳定性和有效性，必须选择合理的剪切速度。根据经验采用三个不同的剪切速度对三个试验进行模拟，模拟结果见图3.4。从图中可以看出，剪切速度越小，平面应变试验和三轴压缩试验最大偏应力越小，直剪试验应力比越小。事实上，剪切速度对模拟结果的影响与安全系数相似，剪切速度较低会减少时间步长并导致最大偏应力减小。但是，剪切速度对体积应变没有较大影响。研究中，剪切速度取为剪切方向试样尺寸的0.57%，从图3.4可以看出当剪切速度低于该值时，不会对模拟的结果产生较大影响。所以，可以认为取值合理，不会影响结果。
图3.4 剪切速度参数分析
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