压头作用下岩石破碎过程的细观模拟
围压下岩石破坏过程的离散元模拟
围压下岩石破坏过程的离散元模拟张田;李雪峰;徐月【摘要】采用离散元软件PFC2D对模拟岩样进行了双轴压缩模拟,从细观角度观察和分析了围压对岩石强度特征、变形特征和破坏形态的影响.研究结果表明:随围压增加,岩样的抗压强度呈线性增强,且符合库伦强度准则;岩样的初始破裂应力和裂损应力均随围压增大而线性增大,但与峰值抗压强度的比值接近常数;岩样的弹性模量亦随围压增大而增大,但在较高围压时趋于平稳;压缩过程岩样轴向峰值应变和径向峰值应变均随围压增大呈线性增大,轴向峰值应变的增加幅度更大,且在模拟围压范围内均出现了体积扩容现象;围压下岩样以剪切破坏为主,且随围压增大,岩样破坏模式由脆性向延性转变,但围压对破坏角的影响较小,符合库伦准则.【期刊名称】《煤矿开采》【年(卷),期】2018(023)004【总页数】7页(P8-14)【关键词】围压;离散元法;双轴压缩;破坏特征【作者】张田;李雪峰;徐月【作者单位】徐州矿务集团有限公司, 江苏徐州221006;中国矿业大学机电学院, 江苏徐州221116;徐州矿务集团有限公司, 江苏徐州221006【正文语种】中文【中图分类】TD313在矿山开采和地下工程建设中，岩石多处于双向或三向应力状态[1]，且地下工程日益向深部扩展[2-3]，开展岩石在围压下破坏特征的研究具有重要的实际指导意义。
对此，学者们从理论计算、实验室实验和数值模拟等三方面进行了大量研究。
余华忠等[4]进行了大理岩在不同围压下破坏模式的细观研究，认为细观裂纹发育特征的差异是导致大理岩脆-延-塑性破坏模式转换的主要原因；杨永明等[5]对致密砂岩进行了三轴压缩试验及CT扫描试验，发现围压对岩石破坏裂纹形态、数量和空间分布特征有较大影响；刘泉声等[6]研究了高应力下原煤三轴压缩过程变形、强度、参数及破坏特征，发现煤样的破坏模式以宏观剪切破坏为主，且强度变化规律符合库伦强度准则；杨永杰等[7]采用常规三轴压缩实验研究了围压对煤的强度、变形特征和破坏模式的影响，结果表明煤岩内部微孔隙裂隙的存在是围压影响其特征变化的主要原因；艾婷等[8]采用声发射监测三轴压缩煤岩微裂隙的产生，研究了声发射时空演化规律，根据AE特征分析发现煤岩破坏前兆点的应力强度约为峰值强度的92%～98%；高保彬等[9]进行了三轴压缩下煤样的声发射及其分形特征研究，发现随围压增大，煤样声发射特征增强，提出将其作为煤体失稳破坏的前兆信息；杨永杰等[10]研究了岩石三轴压缩过程声发射特征，分析了岩石的损伤演化特征，建立了基于声发射累计振铃技术的损伤演化模型。
岩石单轴压缩、拉伸、巴西劈裂数值实验模拟
2.1 软件的基本原理
RFPA 是一个以弹性力学为应力分析工具、以弹性损伤理论及其修正后的 Coulomb 破坏准则为介质变形和破坏分析模块的真实破裂过程分析系统。 其基本 思路是： 1）材料介质模型离散化成由细观基元组成的数值模型，材料介质在细观上 是各向同性的弹-脆性或脆-塑性介质； 2）假定离散化后的细观基元的力学性质服从某种统计分布规律（如 weibull 分布），由此建立细观与宏观介质力学性能的联系； 3）按弹性力学中的基元线弹性应力、应变求解方法，分析模型的应力、应 变状态。RFPA 利用线弹性有限元方法作为应力求解器； 4）引入适当的基元破坏准则（相变准则）和损伤规律，基元的相变临界点 用修正的 Coulomb 准则； 5）基元的力学性质随演化的发展是不可逆的； 6）基元相变前后均为线弹性体； 7）材料介质的裂纹扩展是一个准静态过程，忽略因快速扩展引起的惯性力 的影响。
2.2 软件的网格划分
RFPA 选取等面积四节点的四边形单元剖分计算对象。为了使问题的解答足 够精确，RFPA 方法要求模型中的单元足够小（相对于宏观介质），以能足够精
确的地反映介质的非均匀性。但它又必需足够大（包含一定数量的矿物和胶结物 颗粒，以及微裂隙、孔洞等细小缺陷），因为作为子系统的单元实际上仍是一个 自由度很大的系统，它具有远大于微观尺度的细观尺度。这以要求正是为了保证 使剖分后的单元性质尽量接近基元性质。尽管这样会增加计算量，但是问题的处 理变得简单， 而且随着计算机技术的高速发展， 计算机瓶颈的影响将会逐渐消除。 由于模型中的基元数量足够多，宏观的力学行为，本质上是介质大量基元力学行 为的集体效应。
（a）step42-01
（b）step52-02
（c）step70-06
图 3、RFPA 模拟单轴拉伸条件下的破坏过程、最大主应力场、声发射累计分布图
岩石破裂模拟与地震动力特性分析
岩石破裂模拟与地震动力特性分析近年来，随着地震频发率的增加，岩石破裂模拟及地震动力特性分析成为了地震科学领域中备受关注的热点话题。
研究人员通过模拟实验和数值模型，探究地壳运动、地震灾害形成机制，为地震预测和抗震工程提供重要依据。
一、岩石破裂模拟岩石破裂模拟是指通过实验手段模拟地震发生时岩石的断裂过程，以了解岩石断裂演化的基础特征。
通过岩石破裂模拟实验，可以观察岩石内部微观结构的变化，了解断裂过程中的应力、应变分布情况，揭示岩石断裂机理和破裂扩展规律。
破裂模拟实验主要采用高压和高温条件下的岩石破坏试验，以及断裂扩展过程的直接观测等手段。
例如，在实验室中，研究人员可使用高速相机或CT扫描等技术手段，观察岩石内部晶格的位移和变形；利用高温高压装置对岩石进行真实环境下的模拟，探究地震发生时岩石的破坏机理。
通过这些模拟实验, 可以更好地理解岩石断裂演化, 为地震动力特性的分析提供依据。
二、地震动力特性分析地震动力特性分析是指利用数值模拟和理论计算等手段，研究地震波在岩石及地下结构中的传播和衰减规律。
该分析重点关注地震波传播的速度、频率成分、振幅衰减等动力特性，进而推测地震发生时可能引发的破坏和灾害程度。
在地震动力特性分析中，研究人员通常使用地震波传播模型，结合数值模型和地震波观测数据，进行数值模拟和计算。
这涉及到大量的地震学、地质学和地理学等领域的理论知识和方法。
分析人员需要研究地壳介质的变化情况，包括地下岩石层的岩性、密度、裂隙等参数，以及岩石的弹性性质等。
此外，人们还需要考虑到不同地震波类型的传播特性，包括纵波、横波和面波等，以及它们在不同介质中的传播速度、频率和衰减规律等。
通过地震动力特性分析，研究人员可以预测地震波的传播路径和传播范围，对地震引发的破坏和灾害进行定量评估。
这对于地震预测、地震应急响应以及抗震建筑的设计具有重要的实际应用价值。
三、应用前景岩石破裂模拟与地震动力特性分析的研究成果，在地震科学领域具有广泛的应用前景。
岩石极限压碎强度的试验方法
岩石极限压碎强度的试验方法《岩石极限压碎强度的试验方法大揭秘》嘿，朋友们！今天我要给你们唠唠岩石极限压碎强度的试验方法，这可是个超级有趣的事儿哦，就像一场和岩石的大作战！首先呢，咱得把要试验的岩石准备好呀。
就好比上战场得先把武器准备齐全咯。
找那些看着就很结实、很有代表性的岩石块儿。
可别找那些奇奇怪怪、松松垮垮的，那可不行，不然就像让个病秧子去打仗，还没开始就输啦！然后呢，把岩石放到那个专门的压力机里面。
这压力机就像是个大力士，能给岩石施加巨大的压力。
咱就等着看岩石能不能经得住这大力士的考验啦！这时候可别眨眼哦！启动压力机，慢慢给岩石施压。
这感觉就像是给它挠痒痒，不过这“痒痒”可越来越厉害。
看着压力一点点上升，心里那个紧张啊，就好像在看一场激烈的比赛。
哎呀，我跟你们说，我有一次做这个试验的时候，紧张得手心都出汗了，就怕岩石突然“扑哧”一下碎了，溅我一脸。
哈哈，还好我躲得快！当岩石开始出现裂缝的时候，那就得特别注意啦！这就像是战场上敌人露出了破绽。
咱得紧紧盯着，看它啥时候彻底扛不住。
等岩石终于被压碎了，这时候赶紧记下压力值。
这压力值可重要啦，就像是战斗结束后的胜利成果。
重复几次这个过程，可别嫌麻烦哦，就像练功一样，多练几遍才能更厉害嘛。
嘿，你们可别小看这个试验方法，这里面的门道可多着呢！就比如说，选岩石的时候得精挑细选，别弄些歪瓜裂枣的。
还有那压力机，得调好，不然就像个没吃饱饭的大力士，使不出劲来。
再给你们说个好玩的，有一次我试验的时候，不小心把压力调得太大了，结果那岩石“哗啦”一下就碎了，把我都吓了一跳。
我当时就想，这岩石也太不抗造了吧！总之呢，做这个岩石极限压碎强度的试验，就得胆大心细，就像个勇敢的探险家，一点一点去探索岩石的秘密。
朋友们，你们学会了吗？赶紧去试试吧，说不定你们能发现更有趣的事儿呢！哈哈！。
不同围压作用下非均匀岩石水压致裂过程的数值模拟_杨天鸿
收稿日期:2002-10-28;修改稿收到日期:2003-06-20.基金项目:国家自然科学基金(50204003);湖南省自然科学基金重点项目(01JJY2041);湖南省教育厅重点基金项目(01A019);香港专项研究基金(HKU 7029/02E );国家自然科学基金重点项目(50134040)资助.作者简介:杨天鸿(1968-),男,博士后,副教授;唐春安*(1958-),男,博士生导师,长江学者特聘教授.第21卷第4期2004年8月 计算力学学报 Chinese Journal of Computational MechanicsV ol.21,N o .4A ug ust 2004文章编号:1007-4708(2004)04-0419-06不同围压作用下非均匀岩石水压致裂过程的数值模拟杨天鸿1, 唐春安*1, 芮勇勤2, 朱万成1, 李元辉1, 谭国焕2(1.东北大学岩石破裂与失稳研究中心,辽宁沈阳110006;2.香港大学土木工程系,香港)摘 要:从岩石细观非均匀性的特点出发,提出一个描述非均匀材料渗流和破裂相互作用的数值模型。
在这个数值模型中,单元的力学、水力学性质根据统计分布而变化,以体现材料的随机不均质性,材料在开裂破坏过程中流体压力传递通过单元渗流-损伤耦合迭代来实现。
算例表明,该模型能较好地模拟出岩石类材料在水力压裂作用下,微结构非均匀分布和不同围压比对破裂模式、失稳压力的影响,非均匀性导致试件的开裂压力、失稳压力明显不同,裂纹扩展路径不规则发展,模拟结果和实验结果较为一致。
关键词:水压致裂;非均匀性;数值模拟;破裂过程中图分类号:T U 455 文献标识码:A1 引 言岩石水压致裂过程实际上就是水压驱动下微裂纹萌生、扩展、贯通,直到最后宏观裂纹产生导致失稳破裂的过程[1]。
研究其破坏过程有利于认识岩体含水节理的扩展、贯通机制,明确岩体损伤破裂与渗流相互作用的发生机理。
对于水压破裂最常用的解释是由Hubbert 和Willis [2]提出的。
模拟岩石破坏过程的物理细胞演化力学模型
第22卷 第10期岩石力学与工程学报 22(10)：1656～16602003年10月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct.，20032002年4月15日收到初稿，2002年5月21日收到修改稿。
* 国家重点基础研究发展规划(973)(2002CB412708)和国家自然科学基金(50179034)联合资助项目。
作者 李明田 简介：男，1975年生，2000年于武汉科技大学采矿工程专业获硕士学位，现为中国科学院武汉岩土力学研究所博士研究生，主要从事智能岩石力学与岩石工程方面的研究工作。
模拟岩石破坏过程的物理细胞演化力学模型*李明田 冯夏庭 周 辉(中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学重点试验室 武汉 430071)摘要 基于细胞自动机理论和遗传算法，提出了一种物理细胞演化力学模型(ECA)。
该模型利用遗传算法搜索试验所得到的应力-应变曲线所对应的最佳能量耗散率，并且可以模拟岩石的非均质性、各向异性等特性；根据该模型得出的能量耗散率模拟得到的应力-应变曲线与试验曲线得到了很好地吻合。
关键词 岩石力学，岩石破坏，细胞自动机，遗传算法分类号 TU 458+.2，TP 183 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2003)10-1656-05EVOLVING CELLULAR AUTOMATA FOR SIMULATINGROCK FAILURELi Mingtian ，Feng Xiating ，Zhou Hui(Key Laboratory of Rock and Soil Mechanics ，Institute of Rock and Soil Mechanics ，The Chinese Academy of Sciences ， Wuhan 430071 China )Abstract Based on the theory of the physical cellular automata (PCA) and genetic algorithm ，an evolving cellular automata is put forward. When rock failure is simulated with PCA ，the energy dissipative rate has to be chosen artificially. This model makes use of genetic algorithm to search for the fittest energy dissipative rate with the stress-strain curve. And it can simulate the homogeneity and the anisotropy of the rock conveniently. So if a stress-strain curve is given ，its corresponding energy dissipative rate can be attained with this model and it demonstrates that the rock will show more plasticity with the increase of the energy dissipative rate. Key words rock mechanics ，rock failure ，cellular automata ，genetic algorithm1 引 言岩石(体)是一种非均质、各向异性的高度复杂的介质。
TBM滚刀破岩过程及细观机理颗粒流模拟
TBM滚刀破岩过程及细观机理颗粒流模拟杨圣奇;黄彦华【摘要】采用颗粒流再现了锦屏大理岩脆—延—塑性转化特征,利用获得的细观参数建立TBM滚刀破岩离散元模型,模拟了单个TBM滚刀侵入断续单裂隙岩体过程,分析了裂隙倾角和围压对滚刀破岩效果的影响规律,最后从细观层面探讨了滚刀破岩机理.结果表明:含单裂隙岩体在单刀作用下,总体上表现为压缩性破坏、规则裂纹萌生与扩展、粉核区形成和主裂纹贯通4个阶段;当裂隙水平时翼裂纹萌生于裂隙中部,裂隙倾角较小时翼裂纹萌生于距尖端一定距离处,随着裂隙倾角的增大翼裂纹在裂隙尖端萌生.随着围压的增大,粉核区的范围逐渐变大,在高围压作用下出现侧向裂纹向自由面扩展;裂隙岩体比完整岩石更容易发生破坏,而且不同倾角裂隙岩体破坏难易程度也有所不同,总体上表现为:15°＜45°＜60°＜0°＜30°＜90°＜75°破岩由易到难.有围压条件下破岩难于无围压条件,且困难程度随着围压的提高而增大.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2015(040)006【总页数】10页(P1235-1244)【关键词】TBM;滚刀破岩;颗粒流模拟;细观机理;大理岩【作者】杨圣奇;黄彦华【作者单位】中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州221116;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州221116【正文语种】中文【中图分类】U451.2杨圣奇,黄彦华. TBM滚刀破岩过程及细观机理颗粒流模拟[J].煤炭学报,2015,40(6):1235-1244. doi:10. 13225/ j. cnki. jccs. 2014. 3036Yang Shengqi,Huang Yanhua. Particle flow simulation on rock fragmentation process and meso-mechanism by a single TBM cutter[J]. Journal of China Coal Society,2015,40(6):1235-1244. doi:10. 13225/ j. cnki. jccs. 2014. 3036全断面岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)具有施工快、质量高和操作环境好等优点,已被应用与公路隧道、水利隧洞等岩石工程中。
岩石脆性与断裂变形机制的地球力学模拟
岩石脆性与断裂变形机制的地球力学模拟岩石是地球上最基本的构成元素之一，其力学性质对地质灾害、地震等自然现象具有重要影响。
岩石的脆性与断裂变形机制是岩石力学研究中的关键问题之一。
地球力学模拟是一种运用物理实验与计算模拟相结合的方法，能够模拟岩石脆性与断裂变形过程，并揭示其中的机制。
在地球深部，岩石承受着来自地壳运动和地震产生的巨大应力。
当应力超过岩石的强度极限时，岩石会发生断裂变形。
脆性断裂是指岩石在受力下迅速发生破碎的现象，而非蠕变或塑性变形。
脆性断裂的机制包括微裂隙形成、扩展和相互连接形成断裂面。
这些机制在地质灾害、地震发生和构造演化中起着至关重要的作用。
地球力学模拟通过实验和计算模拟，模拟岩石在不同应力条件下发生断裂变形的过程，旨在揭示岩石脆性与断裂的机制。
实验室实验是地球力学模拟中常用的方法之一。
通过在岩石样品上施加不同应力和加载条件，研究岩石的断裂扩展、破碎和变形过程。
实验室实验可以提供详细的物理参数和现象观测，是研究岩石脆性与断裂机制的重要手段。
然而，岩石样品的实验需要耗费大量的时间和资源，并且只能在特定条件下进行，限制了其研究的深度和范围。
为了突破实验的限制，计算模拟成为地球力学模拟中的重要方法。
计算模拟基于力学方程和岩石材料的物理参数，通过计算机软件模拟岩石在不同应力条件下的断裂和变形过程。
计算模拟可以模拟大范围、大尺度的岩石体，提供更加细致和深入的信息。
地球力学模拟的关键是建立合理的力学模型和边界条件。
力学模型是对岩石性质和行为的数学描述，包括弹性模型、塑性模型和损伤模型等。
不同的岩石类型和断裂机制需要不同的力学模型来描述。
边界条件是指对岩石受力过程中的约束条件，如固定边界、加载边界和支撑边界等。
合理的力学模型和边界条件可以提高模拟结果的准确性和可信度。
地球力学模拟的应用广泛，可以用于研究岩石破碎和断裂的机制、地震产生的机理和地壳构造演化等。
例如，通过地球力学模拟可以模拟地震过程中的地面运动和地震波传播，提供地震烈度、震源机制和地震危险性评估等方面的信息。
单轴压缩下不同裂隙张开度岩石破坏数值模拟
围压下 不 同倾角 数值 试件 的破 坏模 式 和 抗压 强 度 ，
定 性 和定量 描述 了由于软 硬互 层结 构引起 的抗 压强 度
各 向异 性 。然 而 由于在物 理实 验过 程 中很 难 保证 预制
裂 隙面 闭合 程度 完全 相 同 ， 因此 室 内试 验很 难 开 展 对
降低 的规律 ； 李银 平 等通 过 对 不 同数 量 和产 状 的裂 隙
纹 开 裂 的 力 学机 理 。
关
键
词： 岩 石 力 学 ；裂 隙 张 开 度 ； 破 坏模 式 ； 裂 纹 扩 展 ；刚 体 弹 簧 方 法 文献标志码 ： Ａ ＤＯＩ ： １ ０ ． １ ６ ２ ３ ２ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ ０ ０ １ — ４ １ ７ ９ ． ２ ０ １ ６ ． ２ ２ ． ０ １ ９
摘要 ： 为 了研 究 不 同 张 开 度 裂 隙 岩 体 单 轴 压 缩 过 程 中的 力 学特 性 ， 以 裂 隙试 样 室 内试 验 结 果 标 定 岩 体 细 观 参 数， 采 用 改进 刚体 弹 簧元 法 对 不 同 张 开 度 裂 隙试 样 压 缩 破 坏 过 程 进 行 数 值 模 拟 。 结 果 表 明 ： 试 件 峰 值 强 度 随
试 件进 行单 轴压 缩试 验 ， 发 现 模 型 材 料 虽然 能反 映真 实 岩体 的某 些特 征 ， 但 是并 不 能 完 全模 拟 真 实 岩 体 的特性 。 随着预 制缺 陷 技 术 的 发展 ， 基 于真 实 岩 石 材
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ６—０ ４—１ ７
裂 隙 张开度 的研 究 。鉴 于 此 ， 本 文 采 用 改进 刚体 弹 簧
单 轴压 缩 下 不 同裂 隙 张 开 度 岩 石破 坏 数 值 模 拟
岩石单轴压缩、拉伸、巴西劈裂数值实验模拟
形成新的刚度矩阵
计算基元节点力和位移
线弹性有限元求解器
将相变基元进 行弱化处理
是
根据相变准则判 断基元是否发生 相变
否 否
加载是否 结束 是
结束
图 1、RFPA 程序流程图
3.1.3 数值实验结果和分析 图 2 是单轴拉伸应力—位移及其声发射频数数值模拟曲线， 由图可知单轴拉 [2] 伸应力—位移整个过程曲线可以分为三个阶段 ：（Ⅰ）线性变形阶段；（Ⅱ） 非线性变形阶段；（Ⅲ）裂纹迅速发展、贯通，应力急剧弱化阶段。 如图 2 模拟曲线所示，当应力小于 5MPa 时，应力—位移曲线为直线，当随 着应力的不断增加，曲线逐渐偏离线性，应力达到峰值强度后，应力突变到强度 的 1/7 左右，又逐渐平缓到达残余应力，此数值模拟基本上和论文[1]一致，证明 数值模拟的合理性。由此发现，岩石在直接拉伸过程中也具有脆性破坏和残余强 度，这一点和硬岩（例如花岗岩）单轴条件下的力学特性很吻合。
实体建模和网格划分用统计分布函数赋予每个基元刚度相变等值施加荷载产生一个新的位移和载荷形成新的刚度矩阵计算基元节点力和位移根据相变准则判断基元是否发生相变开始结束加载是否结束线弹性有限元求解器将相变基元进行弱化处理cstep7006bstep5202astep4201图3rfpa模拟单轴拉伸条件下的破坏过程最大主应力场声发射累计分布图50100150200100200300400500声发图2单轴拉伸应力位移以及声发射个数位移曲线图4单轴拉伸条件下裂纹扩展是rfpa数值模拟得到的岩石单轴拉伸条件下的破裂过程最大主应力场声发射累计分布图
2.3 程序简介
整个工作流程见下图 1，对于每个给定的位移增量，首先进行应力计算，然 后根据相变准则来检查模型中是否有相变基元，如果没有，继续加载增加一个位 移分量，进行下一步应力计算。如果有相变基元，则根据基元的应力状态进行刚 度弱化处理，然后重新进行当前步的应力计算，直至没有新的相变基元出现。重 复上面的过程， 直至达到所施加的载荷、 变形或整个介质产生宏观破裂。 在 RFPA 系统执行过程中，对每一步应力、应变计算采用全量加载，计算步之间是相互独 立的。
单轴压缩下横观各向同性岩石破裂过程的数值模拟
第26卷第1期 岩 土 力 学 V ol.26 No.1 2005年1月 Rock and Soil Mechanics Jan. 2005收稿日期：2003-10-20 修改稿收到日期：2004-03-02基金项目：国家自然科学基金资助(50134040) (50174013)作者简介：梁正召，男，1977年生，东北大学岩石破裂与失稳研究中心博士生，主要从事岩石破裂和数值模拟方向的研究。
E-mail: Z.Z.Liang@文章编号：1000－7598－(2005) 01―0057―06单轴压缩下横观各向同性岩石破裂过程的数值模拟梁正召，唐春安，李厚祥，徐 涛，杨天鸿（东北大学 岩石破裂与失稳研究中心，辽宁 沈阳 110004）摘 要：采用基于细观损伤力学基础上开发的RFPA 2D数值模拟软件，用2种不同的岩石材料来组成7个不同岩层倾角的横观各向同性的岩石试件，通过单轴加载数值模拟试验，模拟横观各向同性岩石渐进破裂的整个过程，分析了岩层与最大主应力之间的倾角和强度之间的关系，讨论了不同岩层倾角的横观各向同性岩体的不同破裂模式及其破坏准则。
关 键 词：横观各向同性；破裂过程；单轴压缩；数值模拟 中图分类号：345.5 文献标识码：AA numerical study on failure process of transversely isotropic rock subjected touniaxial compressionLIANG Zheng-zhao, TANG Chun-an, LI Hou-xiang, XU Tao, YANG Tian-hong(Center for Rock Instability & Seismicity Research, Northeastern University, Shenyang, 110004, China)Abstract : Based on mesoscopic damage mechanics, numerical code RFPA 2D is developed to simulate the failure process of seven transversely isotropic rock samples under uniaxial loading. The rock samples are composed of two different rock materials and they are formed with different dip angles between the rock layer orientation and the loading direction. Complete stress-strain curves are obtained and the deformation and failure behavior are described. As shown as the numerical results, rock layer dip angle of transversely isotropic rocks has much great influence on the failure process, such as peak strength, failure modes, and deformation characteristics et al. It is suitable to apply different failure criteria according to different failure modes caused by layer dip angle. The results of another serial of numerical simulations is well agreement with the experimental studies. The difference between the numerical simulations and experiments is probably caused by plane strain problems and parameters used in the simulations. Keywords : Transversely isotropic rock; failure process; uniaxial compression; numerical simulation1 概 述在边坡和地下工程的稳定性分析中，一般将其当作各向同性介质来处理，这种做法对某些均质的岩体可以达到工程所需要的精度，但是对于一些力学性质呈明显各向异性的岩体，如层状的沉积岩就不适用。
5.岩石爆破破碎机理(2课时)
1.体积公式的计算原理 （1）体积公式是布若伯格根据爆破相似法则得
出的；
（2）当一定炸药和岩石条件下，爆破破碎岩石 的体积与所用的装药量成正比。即
Q qV
（5-24）
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2.集中药包的药量计算 （1）集中药包的标准抛掷爆破
Qb = qbW 3
（5-28）
（2）集中药包的非标准抛掷爆破
三、自由面对爆破效果的影响 1.应力波的反射作用； 2.改变岩石的应力状态及强度极限； 3.自由面是岩石的运动方向，减小了岩体间 的夹制作用。
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四、爆破工艺对爆破作用的影响 1.不耦合装药对爆破作用的影响 （1）降低了爆破作用在孔壁上的冲击压力峰值； （2）间隔装药增加了应力波的作用时间； （3）增大了应力波传给岩石的冲量，使冲量沿
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②环状裂隙的形成
当爆炸压应力波通过破裂区时，由于岩石受到 强烈的压缩而储蓄了一部分弹性变形能。当压 应力波通过后，这部分能量就会释放出来，从 而引起岩石质点的向心运动而产生径向拉伸应 力。如果这个拉伸应力值高于岩石动抗拉强度， 就会在岩石中产生环状裂隙（即岩石出现卸载 拉伸断裂）。
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2.爆破漏斗的几何参数 （1）爆破漏斗
图5-9 爆破漏斗
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（2）参数 1）最小抵抗线W 装药中心到自由面的垂直距离。
2）爆破漏斗半径r 爆破漏斗底圆中心到该圆边上任意点的距
离。
3）爆破作用半径R 药包中心到爆破漏斗底圆圆周上任意一点
距离。
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3）震动区
水力压裂模拟实验步骤
水力压裂模拟实验步骤
水力压裂是一种常见的油气开采技术，通过高压水将岩石裂开，使油气能够顺利流出。
为了更好地理解水力压裂的原理和过程，我们可以进行一些模拟实验。
我们需要准备一些实验器材，包括高压水泵、压力计、压力容器、岩石模型等。
将岩石模型放入压力容器中，然后加入一定量的水。
接下来，使用高压水泵将水压力逐渐升高，直到达到一定的压力值。
在这个过程中，我们可以使用压力计来测量水的压力值。
当水的压力达到一定值时，岩石模型就会开始裂开。
这时，我们可以使用显微镜等工具来观察岩石模型的裂纹情况，以及裂纹的形态和分布。
通过这个实验，我们可以更好地理解水力压裂的原理和过程。
水力压裂的关键在于高压水的作用，它能够将岩石裂开，使油气能够顺利流出。
同时，我们也可以通过观察岩石模型的裂纹情况，来了解不同的压力值对岩石的影响，以及如何更好地控制水力压裂的过程。
水力压裂模拟实验是一种非常有用的实验方法，它可以帮助我们更好地理解水力压裂的原理和过程，为油气开采提供更好的技术支持。
压头作用下岩石破碎过程的细观模拟
压头作用下岩石破碎过程的细观模拟李守巨;李德;于申【期刊名称】《西安科技大学学报》【年(卷),期】2016(36)6【摘要】采用平行粘结细观本构模型,在岩石颗粒尺度上研究了压头侵入岩石的破坏过程.分析讨论了岩石材料平行粘结模型细观参数与宏观力学参数之间的映射关系.为了实现表征颗粒连接破坏模式,应用FISH语言编写一个伺服程序,检测每个颗粒连接的受力状态.依据所建立的颗粒连接破坏准则,并对每个颗粒连接进行破断与否的评估,实现描述颗粒连接的破坏功能.研究表明,在压头垂直压力作用下,岩石试件内形成了3条主环向拉力链,它与宏观的小主应力方向一致.环向拉力链最大影响深度随着压头压入深度的增加而增加.与此同时,出现了几条径向压力链,它与宏观的大主应力方向基本一致.岩石试件裂纹是由环向拉应力和剪应力大于颗粒平行连接胶结材料的强度引起的.【总页数】6页(P769-774)【作者】李守巨;李德;于申【作者单位】大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室,辽宁大连116024;哈尔滨电机厂有限责任公司,黑龙江哈尔滨150000;大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室,辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】TU443【相关文献】1.多滚刀顺次作用下岩石破碎模拟及刀间距分析 [J], 霍军周;孙伟;郭莉;李震;张旭2.楔形钻齿作用下岩石破碎及微观劣化过程 [J], 祝效华;刘伟吉3.冲击载荷作用下岩石破碎数值模拟及试验研究 [J], 谢世勇;王艳霞;赵伏军4.脆性无序介质冲击破碎过程及其非线性动力学特性的细观模拟 [J], 邢纪波;张玉良5.高压水射流作用下岩石破碎机理及过程的数值模拟研究 [J], 倪红坚;王瑞和;张延庆因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
层状岩石顶板破坏机理数值模拟过程分析
第18卷 第4期岩石力学与工程学报18(4):392～396 1999年8月Chi nese Journal of Rock Mechanics and Engi neeri ng A ug.,1999层状岩石顶板破坏机理数值模拟过程分析林崇德(煤炭科学研究总院开采研究所 北京 100013)摘要 应用离散元数值模拟过程分析方法,结合现场实际现象和相似材料模拟的试验结果,对巷道围岩的变形破坏机制进行了分析,结果表明,层状岩石顶板主要是受水平压应力作用产生离层、弯曲破坏,而不是直接受垂直压力作用以承载梁的形式破坏,进而说明组合梁理论不适合作为这类顶板的锚杆支护原理。
关键词 锚杆支护,数值模拟,过程分析分类号 TD350.11 引 言地下工程围岩稳定性问题是极为复杂的力学问题,围岩的破坏往往是多种复杂因素相互作用的结果,人们观察到的围岩变形破坏状态是多因素作用结果表现出来的现象。
然而,一种现象可以有几种解释,例如,巷道顶板的破坏可以解释为梁的弯曲拉伸破坏和拱的压缩破坏等。
但是在一定条件下巷道顶板变形破坏机制是确定的,寻找这一机制的有效方法就是了解和分析顶板的变形破坏过程,这种研究方法称为“过程分析”方法[1]。
过程分析方法需要有一种有效的手段来获取事物变化过程中的信息。
工程监测是一种简单的手段,由于目前观察监测手段的局限性,现场监测与相似材料模拟试验均不能获取分析问题所需的足够信息,如围岩各部位的变形、破坏形态及应力、应变分布状态等。
数值模拟是一种最为明了便于分析问题的手段。
它可以根据研究问题的需要,改变模型大小、材料性质及有关影响因素,通过数值处理显示围岩的应力、变形破坏状态,从而易于分析问题的内在关系。
采用数值模拟手段遇到的关键问题是数值模型能否模拟复杂的岩体工程条件。
对于一般的数值计算方法,如有限元法和边界元法,由于难以模拟节理、节理构造面的不连续性,因而不能分析潜在着的岩块滑动、转动和冒落的稳定性问题。
孔、围压作用下断续单裂隙岩石破坏数值模拟
孔、围压作用下断续单裂隙岩石破坏数值模拟程龙;刘相如【摘要】采用岩石破裂过程分析系统,研究了围压、孔压对含不同单裂隙分布脆性岩石的破坏影响规律,分析了岩样的裂纹扩展特征.结果表明:断续单裂隙的岩石力学性能显著低于完整岩样,但降低程度与裂隙参数密切相关,随着裂隙长度增加,岩石力学参数均呈降低趋势,而随着裂隙倾角的增加,峰值强度以及峰值应变均呈先减小后增加的趋势,且这种规律不受围压与孔压的影响；围压对岩石峰值强度有强化作用,但同等围压时,孔压对岩石峰值强度有弱化作用；裂隙长度越小或裂隙倾角越大的岩样,其裂纹扩展特征越不明显,且扩展过程受围压与孔压影响显著.研究结论对于认识具有断续节理裂隙岩体的变形破坏机理具有参考价值.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2012(043)013【总页数】4页(P73-76)【关键词】脆性岩石;围压;孔压;单裂隙;峰值强度;裂纹扩展【作者】程龙;刘相如【作者单位】中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点试验室,江苏徐州221008;中国矿业大学力学与建筑工程学院,江苏徐州 221116;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点试验室,江苏徐州221008;中国矿业大学力学与建筑工程学院,江苏徐州 221116【正文语种】中文【中图分类】TU45岩体是在复杂地质构造作用下，经过漫长的地质年代，由于风化、腐蚀、构造应力等作用形成的复杂地质体。
岩体内部存在大量的裂隙、裂纹、节理等缺陷，这些节理裂隙成为水在岩体中运动的通道［1－2］。
岩体工程均是处在三向应力状态下，因此，研究围压、孔压作用下断续单裂隙脆性岩石的变形破坏特性具有非常重要的工程实践意义。
杨圣奇等对断续预制裂隙和孔洞大理岩进行了试验和数值研究［3－4］。
张伟等讨论了裂隙倾角对裂隙岩体力学特性的影响［5］。
冯增朝等探讨了岩体裂隙尺度对裂隙岩体变形与破坏的控制作用［6］。
陈卫忠等人详细研究了闭合裂纹在单轴、双轴荷载作用下的裂纹扩展和贯通规律［7］。
大理岩受压破坏的数字图像界面元法模拟
大理岩受压破坏的数字图像界面元法模拟大理岩岩体是经过岩石结构特征和构造演化的一种统一体，它被形象地比作一块“大豆糕”，是构造地质学中研究最激烈的岩石体之一，也是矿物质发育最丰富多样的岩石体。
在构造地质学、岩石力学、矿物学等研究领域，大理岩受压破坏的机制一直是学科的一个难点。
在现有的研究方法中，实验室模拟所能得到的数据和信息有限，而野外成岩作为评价大理岩受压破坏的重要手段，也受到了技术、经济等方面的制约，这就迫切需要新的技术来实现大理岩受压破坏的研究。
由于计算机科学发展的迅猛，数字图像界面元法模拟技术已作为一个新的工具迅速进入大多数科学研究领域，例如材料力学、混凝土学、矿物学、构造地质学等，并在技术上取得了一定的成就。
与传统的数值建模方法不同，数字图像界面元法在模拟大理岩受压破坏的过程中具有显著的优势，因此被广泛地应用于大理岩受压破坏的研究。
数字图像界面元法是一种基于图像处理技术的模拟方法，它能够准确地表达微观尺度上岩体中孔隙形貌、孔隙分布及形成机理，有效地将大理岩受压破坏模拟成一个非线性的数学模型，计算出大理岩受压破坏的本构关系及压破强度特性，为进一步的实验室试验和工程设计提供了参考值。
首先，在数字图像界面元法模拟大理岩受压破坏的研究中，需要建立一个可以呈现大理岩的几何模型，例如岩层的厚度方向和薄度方向；接着，通过弹性力学原理计算大理岩岩体受压破坏的有限元法放射，以计算大理岩岩体受压破坏的应力应变关系；最后，数字图像界面元法模拟大理岩受压破坏的结果可以用来评价实验室研究的仿真结果，以优化大理岩受压破坏的机理，促进大理岩受压破坏的研究。
数字图像界面元法模拟大理岩受压破坏有很多优点，其中最显著的是模拟结果准确，能够准确地反映微观尺度上大理岩受压破坏的力学特性；其次，数字图像界面元法具有良好的可扩展性，可以根据不同的大理岩受压破坏的模型进行研究；第三，它消耗的计算资源较少，是一种可持续发展的模拟技术。
岩石在不同围压条件下破坏过程的模拟研究
Ｚ ＮＧ Ｃ ｉ ｅｇ ＨＡ ａｆ ｎ －
【ｂｔ ｃ】 Ｕ ｉ Ｆ Ａｓｓ ｍ ｓ ｕ ｔ ｒ ｋ’ ｓｅ ｒ ｓｍ ｘ ｕ ｒ ｃ ａ ｓｅ ａ ｎ ａｒｃｐ ａ ａｅ Ａ ｓ ａｔ ｒ ｓ ｇ Ｐ ｔ ｍ ｌｅ ｏ ｓｓｈａ ｓｅ 、 ａｉ ｍ ｐ ｎ ｐｌｔ ｓｓ ｔ ａｄｍｃｏ ｏｉｄｍ ｇ ｎＲ ｙｅ ｉ ａ ｃ ｒｔｓ ｍ ｉ ｉ ｒ ｓ ｔｅ ｓ ｃ
第 １ ２卷ห้องสมุดไป่ตู้ ２期
岩 石 在 不 同 围压 条 件 下破 坏 过 程 的模 拟研 究
张彩 凤
（ 安徽水利水 电职业技术学 院， 安徽 合肥 ２ ０ ０ ） ３ ６ １
【 摘
要】 利用 Ｒ Ｐ Ｆ Ａ系统对不 同围压条件 下岩 石的剪 应力状 态、 大主 应力状 态及宏观 破坏模 式进 行模 拟研 最
・
６ ・ ４
第 １ 卷 ・ ２期 ２ 第
张彩凤 ： 岩石在不 同围压条件下破坏过程的模 拟研 究 表 １ 模 型参数
模型参数
匀质度 ｍ
２１ ０ ２年 ４月
弯曲、 斜率 增大 。 （ ） 隙 紧缩 弹性 变 形 阶段 。 曲线 为 ａ 段 ， ２孔 ｂ 应 力应 变呈 线性状 态 、 比关 系 。岩 石微 裂 隙进 一 步 正
验 岩样 以及 试验 手段 的差 异性 ， 对实 验 结果 的整 会
ｏ ：比例极 限 ｏ ：强 度极 限 ： 应变 硬化 ａ： ：弹 性极 限 ｏ ：剩 余应 力 Ｓ ：应变 软 化
理分析 带来 较大 误 差 。在 此 ， 本文 利 用 Ｒ Ｐ 系统 ＦＡ 对不 同 围压 条件 下 岩石 的剪 应力 状 态 、 大 主 应力 最
ｌ 问题 的提 出
长 期 以来 ， 岩体 材 料 破 坏 过程 及 破 坏机 理 一 直
第二节 岩石破碎的基本原理
②压实核形成阶段（局部破碎） 根据上述结论，随着力的进一步增加，在破岩齿下方深度为Zm处， 剪应力极值达到岩石的抗剪强度，此处形成剪应力破坏点。
图3.2.9 压实核示意图
③岩石大面积崩裂阶段（体积破碎） 在载荷的进一步作用下,破岩齿周边裂隙和Zm处裂隙贯穿，在破岩 齿下方形成破碎核—压实核。由于密实核处于全面压缩状态，不能形成 剪切破坏。但压实核作为力的载体对周围岩石产生挤压作用。
利用特定的机械工具在岩石表面施加载荷，使岩石所 受载荷超过其强度极限而破碎的破岩方式称为机械破岩方 法。石油钻井所用的破岩方式主要为机械破岩。 石油钻井机械破岩的工具为钻头，既通过钻头的破岩 齿与岩石发生相互作用来破碎岩石，也既破岩齿受到不同 形式的力的作用并将力传递到岩石，达到破岩的目的。因 此分析破岩机理应从单齿破碎岩石的过程分析入手。
Ⅰ区—多项压缩区
Ⅲ区—拉压混合 区
图3.2.14 在两向载荷作用下的等应力线
从图中可以明显地看出：当破岩齿受倾斜力作用时，出现极值载荷 的位置发生偏移，最大剪应力出现在与作用力方向一致的轴线上。同时 破岩齿下部岩石的受力状态发生变化，形成受力状态不同的三个区域。 岩石的应力状态可分为三个区： 1—多向压缩区； 2—拉应力区； 3—拉压混合区。
1.破岩齿的形状
与岩石相互作用的破碎岩石工具是由多个破岩齿组合形成的，因此可通 过分析单个破岩齿破岩过程来分析破岩工具的破岩机理。 破岩齿的形状多种多样（图3.2.1），但可归结为圆柱体和球形体的不同 组合。为便于研究，在分析破岩机理时往往采用平底圆柱和球形体来表示破 岩齿的基本形状。在分析破岩过程时主要以平底圆柱破岩齿为例。
2.破岩齿破岩过程分析的工程意义 在工程实际中，钻头破岩齿的载荷是由钻井参数决定的，因此通过 破岩齿破岩过程分析可以优化钻井参数。 ①钻压的优化 破岩工具上所有破岩齿受到的垂直载荷之 和既为钻头的钻压。 根据破岩过程分析，岩石破碎分为三种状 态，在体积破碎阶段岩石的单位体积破碎功 小，破岩效果好。因此工程实际中施加的钻压 必须使破岩齿压入地层一定深度，达到体积破 碎状态。使破岩齿压入地层一定深度以体积破 碎状态破碎岩石的最小钻压称为门限钻压。在 实际钻井过程中钻压值一定要大于门限钻压。
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０ ㊀引㊀言
离散元方法是当今非连续介质力学数值方法 中应用于岩石和混凝土等脆性材料的最广泛而且 最有效的方法之一。其最大特点是可以反映岩石 块体之间的接触面滑移、 分离以及倾覆旋转， 表征 岩体内部节理、 裂隙和断层等非连续特性， 同时还 能够计算块体内部的变形和应力， 尤其对于描述 岩石破坏过程的细观机制具有内在的优越性。已 经广泛应用于岩石边坡稳定性分析、 地下厂房围 岩稳定性和破坏过程模拟、 混凝土结构的裂缝扩 展、 破坏与倒塌过程分析、 盾构机滚刀破岩过程分 析和混凝土大坝及其基础破坏机制等岩石工程领 域。Ｇ ｕ 提出了刚体 － 弹簧模型模拟混凝土材料 初始缺陷和骨料分布特性， 所建立的离散元模型 包括粗骨料、 细骨料、 砂浆和粘结界面， 并且考虑 了这些材料的随机分布特性。Ｊ ａ ｍ ｅ ｓ 研究了非均 质岩石细观裂纹的分布特性， 提出了颗粒断裂的 破坏准则。Ｇ ｒ ａ ｙ 回顾了地质结构体的有限元和 离散元建模问题， 分析了有限元、 离散元和有限差 分法的在表征非连续地质体力学特性的适用性。 Ｓ ｈ ｍ ｕ ｌ ｅ ｖ ｉ ｃ ｈ 应用离散元方法 （ Ｐ Ｆ Ｃ ） 模拟了切刀 与土体之间的相互作用特性， 研究表明该方法模 拟的结果与实验结果基本一致， 其目的在于通过 优化切刀 的 形 状， 提 高 切 刀 破 土 的 能 量 利 用 率。 Ｏ ｎ ｏ 采用三维离散元方法模拟了切土工具与土 体之间的作用机制， 讨论了 ６种离散元形状对数值 模拟结果的影响， 并将实验结果与模拟结果进行
（ １ ． 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室， 辽宁 大连 １ １ ６ ０ ２ ４ ； ２ ． 哈尔滨电机厂有限责任公司， 黑龙江 哈尔滨 １ ５ ０ ０ ０ ０ ）
摘㊀要： 采用平行粘结细观本构模型， 在岩石颗粒尺度上研究了压头侵入岩石的破坏过程。 分析 讨论了岩石材料平行粘结模型细观参数与宏观力学参数之间的映射关系。 为了实现表征颗粒连 接破坏模式， 应用 Ｆ Ｉ Ｓ Ｈ语言编写一个伺服程序， 检测每个颗粒连接的受力状态。 依据所建立的 颗粒连接破坏准则， 并对每个颗粒连接进行破断与否的评估， 实现描述颗粒连接的破坏功能。 研 在压头垂直压力作用下， 岩石试件内形成了 ３条主环向拉力链， 它与宏观的小主应力方向 究表明， 一致。环向拉力链最大影响深度随着压头压入深度的增加而增加。 与此同时， 出现了几条径向 压力链， 它与宏观的大主应力方向基本一致。 岩石试件裂纹是由环向拉应力和剪应力大于颗粒 平行连接胶结材料的强度引起的。 关键词： 岩石试件； 破碎过程； 参数估计； 细观模拟； 压头侵入； 平行粘结模型 中图分类号： Ｔ Ｕ４ ４ ３ ㊀㊀㊀文献标志码：Ａ
［ ６ ］ 了对比分析。Ｕ ｃ ｇ ｕ ｌ 采用三维离散元模型模拟了 ［ ５ ］ ［ ４ ］ ［ ３ ］ ［ ２ ］ ［ １ ］
１ ㊀岩石材料平行粘结模型细观参数估计
岩石是多种矿物和胶结物组成的一种高度不 均匀材料， 在细观层次上表现在颗粒、 粘结物和结 构面等力学特性的随机分布特点。颗粒流（ Ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅＦ ｌ ｏ ｗＣ ｏ ｄ ｅ ） 方法是由 Ｃ ｕ ｎ ｄ ａ ｌ ｌ 和Ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｋ提出的 模拟球形 颗 粒 运 动 与 相 互 作 用 的 细 观 离 散 元 方 法。该方法已经应用到岩石、 土体和混凝土材料 的力学特性研究中， 着重从细观力学角度揭示材 料的损伤和断裂机理。颗粒接触刚度模型包括线 性颗粒接触刚度模型和 Ｈ ｅ ｒ ｚ Ｍ ｉ ｎ ｄ ｌ ｉ ｎ非线性接触 模型等。如图 １所示， 颗粒接触刚度模型参数包括 法向刚度（ ｋ ） 、 切向刚度（ ｋ ） 和摩擦系数（ ｆ ） 以及 ｎ ｓ 阻尼（ ） 等。 η
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅｐ ａ ｒ ａ ｌ ｌ ｅ ｌ ｂ ｏ ｎ ｄｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎｄ ｉ ｓ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄｉ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄｔ ｏ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｒ ｏ ｃ ｋｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｍ ｅ ｎｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｉ ｎ ｄ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ． Ｔ ｈ ｅｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｍ ａ ｐ ｐ ｉ ｎ ｇｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎｍ ｅ ｓ ｏ ｐ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｉ ｖ ｅｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｎ ｄｍ ａ ｃ ｒ ｏｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｒ ｏ ｃ ｋｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｍ ｅ ｎａ ｒ ｅａ ｎ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙｂ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ ｄ ． Ｉ ｎｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ， ｔ ｈ ｅｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｎ ｇｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｉ ｓ ｃ ｏ ｄ ｅ ｄ ｔ ｏｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅｔ ｈ ｅｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅｍ ｏ ｄ ｅｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎｔ ｈ ｅｂ ｏ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｐ ａ ｒ ｃ ｅ ｌ ｓ ｅ ａ ｃ ｈｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｗ ｉ ｔ ｈＦ Ｉ Ｓ Ｈｌ ａ ｎ ｇ ｕ ａ ｇ ｅ ， ａ ｎ ｄｔ ｈ ｅｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｅ ｖ ｅ ｒ ｙｂ ｏ ｕ ｎ ｄｉ ｓ ｃ ｈ ｅ ｃ ｋ ｅ ｄ ． Ｂ ａ ｓ ｅ ｄｏ ｎｔ ｈ ｅｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｃ ｒ ｉ ｔ ｅ ｒ ｉ ｏ ｎｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅｂ ｏ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｐ ａ ｒ ｃ ｅ ｌ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｆ ｏ ｒ ｗ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｓ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎｔ ｈ ｅ ｂ ｏ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｐ ａ ｒ ｃ ｅ ｌ ｓ ｉ ｓ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ｈ ｏ ｗ ｓｔ ｈ ａ ｔ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒｔ ｈ ｅａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｎ ｄ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ， ｔ ｈ ｅｔ ｒ ｅ ｅｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｌ ｅｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ， ａ ｎ ｄｔ ｈ ｅ ｉ ｒ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓａ ｒ ｅｓ ａ ｍ ｅａ ｓｔ ｈ ｅｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｉ ｎ ｓ ａ ｒ ｅｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄｉ ｎｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｍ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｉ ｎ ｏ ｒ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ． Ｔ ｈ ｅｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｌ ｃ ｏ ｍ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｃ ｈ ａ ｉ ｎ ｓ ａ ｒ ｅ ｓ ａ ｍ ｅ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｊ ｏ ｒ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ． Ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｓ ｉ ｎｒ ｏ ｃ ｋｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｍ ｅ ｎａ ｒ ｅ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄｂ ｙ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｌ ｅ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｉ ｎｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｍ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｎ ｄｓ ｈ ｅ ａ ｒ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅｗ ｈ ｅ ｎｔ ｈ ｅｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｌ ｅｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ｓ ｈ ｅ ａ ｒ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｓ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ．
７ ７ ０
㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ 西 安 科 技 大 学 学 报 ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２ ０ １ ６年㊀
Ｋ ｅ ｙｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ： ｒ ｏ ｃ ｋｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｍ ｅ ｎ ； ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ； ｐ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ； ｍ ｅ ｓ ｏ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ； ｉ ｎ ｄ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｐ ｅ ｎ ｅ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ； ｐ ａ ｒ ａ ｌ ｌ ｅ ｌ ｂ ｏ ｎ ｄｍ ｏ ｄ ｅ ｌ 采用实验和数值模拟方法研究了 Ｔ Ｂ Ｍ 滚刀的破岩 过程， 建立了滚刀贯入深度与贯入力之间的关系， 研究了滚刀作用下岩石的剪切破坏问题。从以上 相关研究工作中可以看出， 采用离散元方法研究 土体材料破坏过程所进行的工作较多， 而研究岩 石材料 细 观 破 坏 过 程 的 工 作 相 对 较 少。与 此 同 时， 如何较为准确估计岩石材料的细观模型参数 是制约离散元方法解决工程实际问题的瓶颈。岩 石的力学行为由其内在的细观结构和模型参数决 定， 尤其 是 岩 石 细 观 裂 纹 及 其 演 化 和 发 展 过 程。 笔者的目的在于在岩石颗粒尺度上研究压头作用 下的岩石破坏过程， 揭示岩石破碎漏斗的细观形 成机制。
２ ０ １ ６－ ０ ５－ １ ０ ㊀㊀㊀责任编辑： 杨泉林 收稿日期： 基金项目： 国家重点基础研究发展计划（ ２ ０ １ ５ Ｃ Ｂ ０ ５ ７ ８ ０ ４ ） ； 国家自然科学基金（ １ １ ５ ７ ２ ０ ７ ９ ） ； 工业装备结构分析国家重点实验室开放基 金（ Ｓ １ ４ ２ ０ ６ ） 通讯作者： 李守巨（ １ ９ ６ ０－ ） ， 男， 辽宁沈阳人， 教授， 博士， Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ： ｌ ｉ ｓ ｈ ｏ ｕ ｊ ｕ ＠ｄ ｌ ｕ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
（ １ ． Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｋ ｅ ｙＬ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙｏ ｆ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ， Ｄ ａ ｌ ｉ ａ ｎＵ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｄ ａ ｌ ｉ ａ ｎ１ １ ６ ０ ２ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎＥ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙＣ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙＬ ｉ ｍ ｉ ｔ ｅ ｄ ， Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ１ ５ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）