岩石破裂过程的数值模拟研究
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
岩石动态剥落破裂的数值模拟
岩石动态剥落破裂的数值模拟引言岩石动态剥落破裂是地质灾害中的一种严重类型，其产生的原因多样，如地震、爆炸、水力冲击等。
对于这种问题，数值模拟方法已被广泛应用于地质工程领域，以预测和评估岩石动态破裂过程的破坏性和具体效果，以及结构的稳定性和保护性能。
本文将介绍目前常用的岩石动态破裂数值模拟方法，包括有限元法和离散元法，并分析其优劣和应用范围。
一、有限元法有限元法是解决结构力学中的问题的常用方法，包括岩石动态破裂模拟。
其基本思想是将复杂的结构分解成若干个小元素，并对每个小元素进行简化模型假设，利用数值方法对每个小元素进行求解，最后将结果组合得到全局结构的反应。
在岩石动态破裂模拟中，将峰值强度、应力波传播、岩石内损伤等问题转化为有限元数值求解问题，可大幅简化问题的求解过程。
有限元法在岩石动态破裂模拟中的应用主要涉及到以下几个方面：1、破裂过程的数值模拟：破裂过程的分析对于预测和评估破坏的具体情况至关重要，有限元法能够对破裂过程进行数值模拟；2、弹性介质中应力波传播的数值模拟：应力波传播的速度、频率对于岩石破裂具有重要影响，有限元法可以计算弹性介质中应力波传播的特征及其影响；3、岩石内部损伤行为的数值模拟：岩石内部微观结构的变化对于破裂行为的发生有着直接的影响，有限元法可以模拟并计算微观尺度上的变化。
有限元法的优点在于：1、求解过程简便快捷；2、可对各种不同类型和形状的结构进行模拟；3、适用于各种不同工况下的模拟。
其缺点在于：1、仅适用于小小尺度下，如旋转对称或轴对称问题的处理等；2、计算机资源投入较大，对于大规模结构的处理难度较大；3、需要对于每个小元素进行较好的建模。
二、离散元法离散元法是一种分子动力学模型，其首要任务是模拟模型中各种物质颗粒在自然环境下的运动行为，其模型假设是颗粒物的弹性和摩擦不存在。
离散元法最初被应用于地质动力学的问题中，由于其适用范围广、计算速度快、能够对多种不同类型的物体进行建模等优点，迅速成为岩石动态破裂模拟中最常用的方法之一。
岩石破碎与破裂行为的数值模拟
岩石破碎与破裂行为的数值模拟随着科技的不断发展，数值模拟在各个领域都得到了广泛的应用。
在岩石力学领域，数值模拟可以帮助我们了解岩石的破碎与破裂行为，为工程设计和地质灾害预测提供依据。
岩石是由许多颗粒组成的，这些颗粒之间以不同的方式相互联系。
在外界的作用下，岩石可能会发生破碎和破裂。
为了研究这些现象，我们需要将岩石的物理特性和数学模型相结合，进行数值模拟。
首先，我们需要了解岩石的物理特性。
岩石具有各种力学参数，如抗拉强度、抗压强度、断裂模量等。
这些参数可以通过实验测量得到，然后输入到数值模拟程序中。
接下来，我们需要建立数值模拟的数学模型。
常用的数值模型包括有限元法、离散元法和连续介质力学模型等。
这些模型基于不同的假设和数学原理，可以用来描述岩石的破碎与破裂行为。
有限元法是最常用的数值模拟方法之一。
它将岩石划分为许多小的单元，并根据岩石的物理特性和边界条件，求解出每个单元的位移和应力分布。
通过对岩石内部各个位置的位移和应力进行计算和分析，可以得到岩石的破裂和破碎过程。
离散元法是另一种常用的数值模拟方法，它将岩石中的每个颗粒都看作一个独立的个体，通过计算颗粒之间的相互作用力，来模拟岩石的破裂和破碎行为。
与有限元法相比，离散元法更适用于描述岩体中存在大量颗粒的情况。
除了有限元法和离散元法，连续介质力学模型也被广泛应用于岩石破碎与破裂行为的数值模拟。
这种模型假设岩石是一个连续的介质，通过求解岩石的运动方程和应力平衡方程，得到岩石的变形和破碎情况。
通过数值模拟，我们可以观察到岩石的破裂和破碎行为，以及内部应力和位移的分布情况。
这些信息对于工程设计和地质灾害预测都非常重要。
例如，在隧道开挖工程中，我们可以通过数值模拟来评估岩石的稳定性，进而确定开挖的方法和参数。
在地震预测中，数值模拟可以帮助我们了解地震波在岩石中传播和扩散的过程，提供地震烈度和震源机制的预测。
当然，数值模拟也有一些局限性。
首先，数值模拟需要大量的计算资源和时间。
滑动构造带下采煤覆岩破裂演化过程的RFPA 2D数值模拟分析
在 １９ ． ｍ之 间， ． ～２ １ 全部垮 落法管理顶板 。该工作面 的支护方式为 ： 型钢梁配合单体 液压支柱对棚支护 ； 最 小控 顶距 为 ２４ 最 大 控顶 距 为 ３４ 排 距 ｌ 棚 ． ｍ， ．ｍ， ｍ，
距 ０６ ． ｍ。
对 以往数值模拟方法 的不足提出了新 的数值模拟方法
２１ ０ ２年第 １ ０期
西部 探矿 工程
１９ ０
滑 动构 造 带 下 采 煤 覆岩 破 裂 演 化 过 程 的 Ｒ Ｐ Ｄ 值 模 拟 分 析 Ｆ Ａ２数
程秀 印 ， 苌延辉。宋常胜 ，
（． １郑州煤 电股份有 限公 司告成煤矿 ， 河南 登封 ４２ ７；２河南理 工大学 能源科 学 与工程学院 ， 南 焦作 ４４Ｏ ） ５４７ ． 河 ５ＯＯ 摘 要 ： 了研 究告 成矿 ２ ０ １工作 面在 开采过 程 中上覆 岩层 破 裂动 态 演化 规 律 ， 为 １２ 通过岩 石破 裂过 程
介质力学原理 ， 有破坏 分析 和应力 分 析 的功 能 ， 具 能模 拟 岩石从裂 纹萌 生扩展 直至 断裂 的全过程 。其 破坏 分析 采 用修正后 的莫 尔 一库仑 准 则 ， 应力 分 析 采用 的是有 限元 法 。该系统通过验证岩石 材料 中是 否有单元破坏 ， 然后对 破坏了的单元进行 刚度特 陛退化及刚度重建处理＿。 ６ ］ 目前 ， 限元 程序 还不 能处理 单元 中材 料减 少 和消 有
“ Ｆ Ａ（ ｅ ｌ ｔ ａｌｒ ｒｃｓ ａｙ ｉ） 法 ” 即 Ｒ Ｐ Ｒ ａｉ ｉ Ｆ ｉ ｅＰ ｏ ｅｓＡｎ ｌｓ 方 ｓｃ ｕ ｓ ，
２ 数值 模 型
２ １ Ｒ Ｐ 简 介 ． Ｆ Ａ。
真 实破 坏过 程分 析 方 法 。该 方法 基 于有 限元 的 基 本理
岩爆危害预测与控制的数值模拟方法研究
岩爆危害预测与控制的数值模拟方法研究岩爆是指矿井、地下工程中由于地质结构和地应力的变化而导致的巨大破坏性能量释放。
岩爆的危害非常严重，可以导致人员伤亡、设备损坏和安全隐患。
因此，对岩爆进行预测和控制非常重要。
数值模拟是一种利用计算机模拟现实过程的方法，它可以以低成本进行大量试验，使我们能够更好地了解和预测岩爆的危害。
本文将介绍利用数值模拟方法进行岩爆危害预测和控制的一些基本原理和方法。
一、数值模拟方法数值模拟是将现实世界的问题转化为计算机可以处理的数学模型，并通过计算机模拟在现实系统中各种物理、化学等现象的发展过程，以得到我们感兴趣的信息。
数值模拟方法可以分为有限差分法、有限元法、边界元法等多种。
其中，有限元法是一种广泛应用的方法，因其能够处理多种复杂的工程问题而被认为是最受欢迎的数值模拟方法之一。
二、岩爆危害预测岩石中的裂隙会导致地应力的变化，进而导致矿井中岩石的破裂和岩爆事故的发生。
因此，了解裂隙的分布和变化对于岩爆危害的预测非常重要。
数值模拟可以帮助我们了解岩石中裂隙的变化和演化过程。
其中，有限元法可以建立复杂的岩体模型，模拟岩石中各种应力场的变化，并确定岩体破裂的位置和形态。
此外，有限元法还可以预测岩体在不同应力下的破断模式和破碎程度，从而了解岩体的稳定性，预测岩爆危险程度。
三、岩爆危害控制预测岩爆危害的同时，我们还需要有效地控制岩爆危害。
具体而言，我们可以从以下几方面入手：1. 改善矿井通风系统，使矿井内的气流流通良好，避免热量和气体积聚导致爆炸。
2. 采用恰当的爆破技术，减轻爆破震动对岩石的损伤，避免引起岩爆。
3. 对有岩爆危险的工作面进行加强，例如，在矿井中设置支撑和固化设施，以防止岩石破坏。
4. 定期维护和检查矿井设备和矿井环境，发现问题及时处理，防止事故的发生。
在岩爆危害控制的过程中，数值模拟方法可以帮助我们设计合适的岩体支护方案和爆破方案，以及优化矿井通风系统，减少岩爆危害。
RFPA(渗流模块)
RFPA 工程算例（渗流模块）X.H.Zhu (Mechsoft)试验一：孔隙水压力作用下岩石破裂过程的数值模拟试验内容：（1）考虑孔压作用下岩石的应力-应变曲线 （2）岩石损伤破坏中起渗透性的演化规律模型建立及参数选择数值模型采用二维平面应力薄板模型。
试样模型尺寸80mm ×50mm ，网格划分为160×100个基元 。
整个加载过程通过位移加载方式。
轴向加载位移增量为△s=0.01mm 。
侧压p2=4Mpa ，上下边界孔隙压力p3,p4分别为2.3Mpa,3.8Mpa 。
左右边界孔隙压力为0。
控制步数为100步。
力学性质参数如下表：表 1 强度准则和相变准则RFPA 数值模型孔隙压力p4=3.8Mpa孔隙压力p3=2.3Mpa侧压p2=4Mpa 侧压p2=4Mpas=0.01mm试验二：水压致裂演化过程的数值模拟试验内容：（1）含单孔围压作用下岩石水压致裂过程 （2）从孔心到边界应力分布情况（4）不同均质度时孔边应力分布的光弹图（3）不同边界压力时破坏裂纹模式、应力分布、流量分布情况模型建立及参数选择为了研究不同均质度时孔边应力分布的光弹图，首先建立一个均匀材料的模型（均质度为100）材料力学参数如下表，再建立一个非均匀材料的模型（均质度为3）。
数值模型采用二维平面应力薄板模型。
试样模型尺寸100mm ×100mm ，孔径为5mm 。
网格划分为100×100个基元 。
整个加载过程通过压力加载方式。
孔压增量为△p=2Mpa 。
水平压力ph=1.0Mpa ，垂直压力 pv=4.0Mpa ，孔内初始压力为1Mpa.控制步数为50步。
力学性质参数如下表：表 1 强度准则和相变准则Ph=1.0MpaPv=4.0Mpa孔内初始压力为1.0Mpa。
岩石破裂与裂隙扩展的实验与数值模拟
岩石破裂与裂隙扩展的实验与数值模拟
岩石破裂和裂隙扩展是地质灾害中的常见问题，对于地震、岩溶、滑坡等地质灾害的研究具有重要意义。
为了更好地研究这些问题，科学家们进行了大量的实验和数值模拟。
在实验方面，科学家们通常采用岩石力学试验机进行研究。
通过施加不同的载荷和应力条件，观察岩石的破裂和裂隙扩展情况。
实验结果表明，岩石的破裂和裂隙扩展与岩石的物理性质、应力条件、载荷等因素密切相关。
例如，当岩石受到较大的压力时，容易出现裂隙扩展和破裂现象。
在数值模拟方面，科学家们通常采用有限元方法进行模拟。
通过建立岩石的数学模型，对岩石的应力、变形、破裂等情况进行计算。
数值模拟可以更加精细地探究岩石破裂和裂隙扩展的机理和规律，为地质灾害的预测和防治提供重要依据。
同时，科学家们也在不断探索新的实验方法和数值模拟技术，以提高研究的精度和可靠性。
例如，近年来出现的数字岩石技术可以更加真实地模拟岩石的物理性质和结构特征，为岩石破裂和裂隙扩展的研究提供了新的思路。
总之，岩石破裂和裂隙扩展是地质灾害中的重要问题，科学家们通过实验和数值模拟等手段进行研究，为地质灾害的预测和
防治提供了重要依据。
随着技术的不断进步，相信在未来会有更多更精确的方法用于探究这一领域的问题。
岩石热破裂过程的数值模型及其应用
岩石热破裂过程的数值模型及其应用下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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岩石裂缝扩展机理模拟与预测技术研究
岩石裂缝扩展机理模拟与预测技术研究岩石裂缝扩展是岩石工程中一个非常重要的问题。
裂缝的形成与岩体的物理力学性质、构造和应力状态密切相关。
在工业界和研究机构中，通过对岩石裂缝扩展机理的模拟和预测，可以有效地提高岩石工程的施工效率和安全性，降低工程成本和风险。
岩石裂缝扩展机理的模拟和预测技术是一个较为复杂的过程。
在模拟过程中，需要考虑岩石的物理力学特性和岩体内部的裂隙统计学特性等多种因素。
目前，研究人员主要采用数值模拟方法和实验方法来研究岩石裂缝扩展机理。
一、数值模拟方法数值模拟方法是目前应用最广泛的研究岩石裂缝扩展机理的方法。
数值模拟的优点是能够模拟各种复杂的岩石载荷状态和裂隙网络结构，为工程应用提供了极大的便利。
目前，数值模拟主要有以下几种方法。
1. 非连续元素法非连续元素法是目前应用比较广泛的一种数值模拟方法。
该方法以裂缝为界面，将岩石分为不同的单元，计算裂缝接触压力和张力状态。
非连续元素法能够模拟岩石的破碎、裂缝扩展和变形等过程，能够对岩石在不同载荷下的变形、破坏及破碎过程进行模拟。
2. 离散元素法离散元素法是一种应用于固体力学和岩土工程力学领域的数值模拟方法。
该方法能够模拟岩石断裂的萌发和扩张过程，对岩石的整体性能进行研究。
离散元素法的优点是能够考虑岩石内部的微观结构特征，并仿真岩石破坏的全过程。
3. 有限元素法有限元素法是一种通用的数值分析方法，广泛应用于各个工程领域。
有限元素法是以岩石物理力学基本方程为基础，以弹性理论、塑性理论等力学理论为基础，从子区域下手，将岩石体划分为有限的单元，在整个体系中推导出各个关键量的解析解。
该方法可计算应力、力、位移、位移梯度、应变与应变率等多种参数，并能够模拟岩石在不同应力状态下的破裂和断裂。
二、实验方法实验方法是研究岩石裂缝扩展机理的重要方法之一。
实验方法可以通过模拟不同的岩石载荷状态和裂隙结构，观察岩石的裂缝萌发和扩展变化及其破坏过程。
目前，研究中主要采用以下几种实验方法。
《2024年三维条件下的岩石破裂过程分析及其数值试验方法研究》范文
《三维条件下的岩石破裂过程分析及其数值试验方法研究》篇一一、引言岩石破裂过程是地质学、岩土工程学等领域的重要研究内容。
随着科技的发展，三维条件下的岩石破裂过程分析及其数值试验方法研究逐渐成为研究热点。
本文旨在探讨三维条件下的岩石破裂过程，并对其数值试验方法进行研究，以期为相关领域的研究提供参考。
二、岩石破裂的基本理论岩石破裂是指岩石在受到外力作用时，内部应力超过其承受极限，导致岩石结构破坏的现象。
岩石的破裂过程受到多种因素的影响，如岩石的物理性质、地质构造、应力状态等。
在三维条件下，岩石的破裂过程更为复杂，需要考虑多方向应力、温度、湿度等因素的影响。
三、三维条件下的岩石破裂过程分析1. 理论模型：在三维条件下，岩石的破裂过程可以通过建立理论模型进行分析。
常用的模型包括弹性力学模型、塑性力学模型、断裂力学模型等。
这些模型可以描述岩石在不同条件下的应力、应变及破裂过程。
2. 数值模拟：通过数值模拟方法，可以更直观地了解岩石的破裂过程。
常用的数值模拟方法包括有限元法、离散元法、边界元法等。
这些方法可以模拟岩石在不同条件下的应力分布、裂纹扩展及最终破裂形态。
3. 实验观察：通过实验观察，可以更深入地了解岩石的破裂过程。
实验方法包括光学显微镜观察、电子显微镜观察、声发射监测等。
这些方法可以观察岩石的微观结构变化、裂纹扩展及破裂模式。
四、数值试验方法研究1. 有限元法：有限元法是一种常用的数值试验方法，通过将岩石划分为有限个单元，求解每个单元的应力、应变及位移等参数，从而分析岩石的破裂过程。
该方法可以处理复杂的几何形状和边界条件，但需要较高的计算成本。
2. 离散元法：离散元法是一种基于刚性块体运动的数值试验方法，适用于模拟岩体的不连续性。
该方法通过考虑块体间的接触和相互作用，模拟岩体的破裂过程。
其优点是可以处理大变形和失稳问题，但需要较细致的模型构建。
3. 结合实际：在实际应用中，可以根据研究目的和岩石性质选择合适的数值试验方法。
岩石爆破破碎机理的研究
岩石爆破破碎机理的研究引言：岩石爆破破碎机理一直是地质工程和采矿工程领域中的一个重要课题。
通过深入研究岩石爆破的机理，可以提高爆破技术的效率、降低成本、减少人员伤亡，并为相关工程的设计和实施提供科学依据。
本文将探讨岩石爆破破碎机理的研究现状和未来发展方向。
一、岩石力学与爆破原理的相互关系在研究岩石爆破破碎机理之前，我们首先需要了解岩石的力学性质和爆破原理。
岩石是一种多孔介质，具有断裂、蠕变和破碎等特性。
而岩石爆破则是通过在岩石内部施加高压气体或爆炸药物，使其承受超过其强度极限的应力，从而导致断裂和破碎。
岩石的力学性质对爆破机理有着重要的影响。
例如，岩石的强度、断裂模式和岩层的结构均会影响岩石在爆破过程中的应力传递和破碎。
因此，为了更好地理解岩石爆破机理，研究者们在实验室中进行了大量的力学试验和数值模拟。
二、岩石爆破破碎机理的实验研究为了探究岩石爆破破碎机理，许多科学家和工程师进行了大量的实验研究。
通过测量岩石在不同压力和荷载条件下的应力应变曲线，可以得到岩石的破坏特征和力学参数。
同时，研究人员还通过观察岩石的裂缝扩展和破碎形态，揭示了破碎机制和断裂过程。
实验研究还包括模拟岩石爆破的过程。
通过在实验室中设置类似于地下爆破环境的条件，科学家们可以研究岩石受到爆破冲击波时的应力分布和破碎扩展。
三、岩石爆破破碎机理的数值模拟除了实验研究，数值模拟是研究岩石爆破机理的重要手段。
通过建立适当的数学和物理模型，可以模拟和预测岩石在爆破过程中的应力响应、断裂行为和破碎形态。
基于有限元法和颗粒流模型，研究者们可以在计算机上模拟岩石的破裂过程，并通过调整模型参数来推测爆破参数的最佳配置。
这种数值模拟方法在评估岩石破碎效果、优化方案设计和减少爆破振动中具有重要意义。
四、岩石爆破破碎机理的应用岩石爆破在地质工程和采矿工程中有着广泛的应用。
通过正确理解和掌握岩石爆破的机理，可以提高开采率、减少能源消耗并改善环境。
在交通基础设施建设中，岩石爆破还可以用于隧道和地下工程的开挖。
岩石破裂全程数字化细观损伤力学试验研究
第30卷第11期 岩 土 力 学 V ol.30 No. 11 2009年11月 Rock and Soil Mechanics Nov. 2009收稿日期：2008-05-29基金项目：国家自然科学基金项目（No. 50674040）；江苏省研究生培养创新工程项目（No. CX07B_128z ）；国家自然科学基金、二滩水电开发有限责任公司雅砻江水电开发联合研究基金重点项目（No. 50539090）。
第一作者简介：倪骁慧，男，1979年生，博士研究生，主要从事岩石力学方面的工作。
E-mail: nxh2004@文章编号：1000－7598 (2009) 11－3283－08岩石破裂全程数字化细观损伤力学试验研究倪骁慧1, 2，朱珍德1, 2，赵 杰1, 2，李道伟1, 2，冯夏庭3（1. 河海大学 岩土工程科学研究所，南京 210098；2. 河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，南京 210098；3. 中国科学院武汉岩土力学研究所，武汉 430071）摘 要：设计基于扫描电镜（SEM ）的岩石破裂全过程数字化细观损伤力学试验方案，实现了岩石破裂全过程的显微与宏观实时的数字化监测、控制、记录及分析的岩石力学试验。
应用于四川锦屏大理岩预制裂纹试样中进行单轴压缩破坏全程的数字化试验，对微裂纹的萌生、生长及贯通过程进行数字化定量分析，得到试样在受荷过程中微裂纹的面积、方位角、长度、宽度和周长基本几何数据，从宏细观角度描述了岩石试样单轴压缩过程中的破坏机制，并分析得出试样单轴受压破坏过程中虽然微裂纹在某些区域集中，但在整个试样中微裂纹的统计分布依然是服从某一指数分布的这一结论。
试验研究结果证明了该试验方案的科学性和先进性。
关 键 词：细观力学；岩石破裂全过程；数字化细观损伤力学试验方案；SEM 图像处理程序 中图分类号：TU 458 文献标识码：AMeso-damage mechanical digitalization test of complete process of rock failureNI Xiao-hui 1, 2，ZHU Zhen-de 1, 2，ZHAO Jie 1, 2，LI Dao-wei 1, 2，FENG Xia-ting 3（1. Geotechnical Research Institute, Hohai University, Nanjing 210098, China; 2. Key Laboratory of Ministry of Education for Goemechanics and EmbankmentEngineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 3. Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China ）Abstract: A new meso-mechanical testing scheme based on SEM is developed to carry out the experiment of microfracturing process of rocks. The image of microfracturing process of the specimen can be observed and recorded digitally. The microfracturing process of Jinping marble specimen in Sichuan province under uniaxial compression is recorded by using the testing scheme. Quantitatively investigated the propagation and coalescent of cracks at meso-scale with digital technology, the basic geometric information of rock microcracks such as area, angle, length, width, perimeter, are obtained from binary images after segmentation. The failure mechanism of specimen under uniaxial compression with the quantitative information is studied from macro/micro scopic perspective. The result shows that during the damage of the specimen the distribution of microcracks in the whole specimen are still subjected to exponential distribution with some microcracks concentrated in certain regions. The conclusion indicates that the testing scheme is applicable. Key words: micromechanics; complete process of rock failure; digital micromechanics testing scheme; SEM image processing program1 引 言材料细观结构演化导致宏观力学行为改变一直是固体力学和材料科学研究的热点。
岩石破裂过程中声发射模式的数值模拟
一
射 模 式进 行模 拟研 究 ， 论 了岩 石 均 质 度 与岩 石 讨 声 发 射模 式 之 间 的关 系 ． 拟 结 果 显 示 了不 同 均 模 质度 的岩 石 声 发 射 的 时 间 进 展 、 间分 布 以及 声 空
发射 与应 力 应变 的 关 系 ．
后震 型 ； 前震 一主震 一后 震 型 ； 群震 型 ｌ ． 日 １ 当
Ｏｃ ． ２ ０ ０ ２ ｔ Ｖｏ ． ３ Ｎｏ １ １２ 。 ． ０
文 章 编 号 ： １０ —０ ６２ ０ ）０１０ —４ ０ ５３ ２ （０ ２ １ —０ ８０
岩 石 破 裂 过 程 中 声 发 射 模 式 的 数 值 模 拟
梁正召 ，唐 春 安 ，黄 明利 ，傅 宇方
型设 置
由于岩 石 内部 弹性 波 的 释放 同岩石 内部 微 裂 纹的产 生 （ 损伤 ） 是直接 相关 的 ． 因此 ， 以预料 ， 可 岩
声发 射 模式 是 与 岩 石 的 均质 度 有 关 的 ． 一 种 类 第
型 出现 在 均质 性 很 好 的岩 石 中 ， 二 种 基 本 类 型 第
裂过程进行 了模 拟研究 ， 讨论 了整个破坏 过程 中的声 发射时间序 列和 空间分 布规律 以及相 关 的震 源特征和前 兆异常等 ． 实验结果表 明 ， 随着均 质度的增加 ， 岩石在 主破 裂之前非 线性 逐渐减 弱而脆 性 逐渐增强 ． ３个岩石试 件 的声 发射 规律 分 别表 现 出群 震 型 、 前震 一 主震 一 余震 型 和 主震 型 ３种模
（ ．东北 大 学 岩 石破 裂 与 失 稳 研 究 中心 ，辽 宁 沈 阳 １ １ ０ ０ ；２ １ ０ ４ ．中 国科 学 院 武 汉 岩 土 力 学 所 ，湖 北 武 汉 ４ ０７ ） ３ ０ １
岩石剪切破坏过程的RFPA 2D数值模拟
摘要
运用 岩石破裂 ０失稳过程分析 Ｒ Ｐ Ｆ Ａ∞ 系统 冠岩石剪切破裂过程进 亍ｒ数值模拟研究。将鲍划岩 视为
非均匀 弹． 脆岩石村料，模拟结果再现丁岩石 剪切滑动 形成从变形到破土 直 失稳的全过程，辫断面是滑动卅 成的 ｛ 、 ；
主 要形式，井首先在试样一端出现．然后再形成 由一端技 的剪断面扩展直 另一端屉后产生剪断面破坏贯通
形 成统 一的滑动面 岩石剪剀破裂血分形维 数还对 若剪 断面 的机糙程度和力学行为。 关键 词 分 类号 分形，剪刨 ．变形与破胡 失稳，Ｒ Ｐ ２ 、 Ｆ Ａ 。系统 数值模拟 Ｏ ３ ６ ４ ４ ．Ｏ ２ ５ 文献标 识码 Ａ 文章编号 １０ —９ ２ ０ ）３ ３４ ０ ０６ Ｉ（０ ２０ － ６ —５ ０ ５ ０
的 １ Ｏ条标 准 剖面 （ＲＣ＝ ｏ ２ ） Ｊ ￣ ｏ 弗没 有包 括所 有 可
与 Ｄ联系起来
２０ ０ ０年 ２月 ｌ ３收到初稿，２ ０ ６１ ０ ０年 ６月 ２ ３ 到修改稿 ６１收
国家杰出青年科学ｋ （９ ２ ４ ８ 国家自然科学／ ＠（ ９ ７ ０ 巾国博±后科学肇盘和 十同科学 院 学 究所 Ｌ ￣ ５５５０） ￣ ． ９４（ ． ４ ０） ＮＭ 国家重点宴骚室 放蛙盘等
ｎ４
式 中：ｈ为一 级粗糙度的平均高度 ，为一级粗糙
度 的平 均 基 底 长度
实际运用中，式中的 ｈ 和 可 由一级粗糙度 的 平均 高度 ｈ 和平均基底长度 代 替，即 ’ ’
２ 剪切破 裂面 形态 的分 形描述
剪切破裂面形态 的 自 然特征表 明，其空间形态 的不规则性 、复朵性 ，过 去阻碍 了人们对它的认识
体．许多工程实践表 明，岩体受力后 ，其变形破坏 规律受岩体本身的力学特性 、应力水平和应力状态 所控制，而岩体 中出现 的剪切破裂面形态和力学特 性又是人们特别关心 的，其剪切破裂面变形破上 、 １ 、
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。
基于离散元法的岩石力学破裂特征模拟与分析
基于离散元法的岩石力学破裂特征模拟与分析随着现代工程建设的不断发展，研究岩石力学的重要性也日益凸显。
岩石力学的研究不仅能够为地质灾害的预防和治理提供理论支持，还能够为石油、天然气、工程建设等领域的开发提供技术保障。
而基于离散元法的岩石力学破裂特征模拟与分析，是目前岩石力学研究领域的热门话题，本文将从理论基础、模拟技术和应用实践三方面，对该研究进行探析。
一、理论基础离散元法是一种通过对大量小物体的相互作用进行分解和追踪，来模拟宏观物质力学行为的方法。
该方法最早应用于颗粒物理学领域，在此基础上逐渐拓展到岩石力学领域。
离散元法模拟过程中，物体被抽象为大量小球，而小球之间的相互作用关系则通过使用各类数值模型来模拟，比如弹簧模型、位错模型、接触模型等。
离散元法的理论基础体系主要包括：小球动力学、接触力学、碰撞体系和断裂力学等。
其中，小球动力学理论主要研究小球的运动、旋转和碰撞等基本行为。
接触力学理论则研究小球之间的互相接触与应力分布，从而解释岩石的接触、滑动和破裂等力学特性。
碰撞体系理论则是研究两个小球之间的碰撞，以及在碰撞过程中发生的变形、断裂等现象。
断裂力学理论则是研究岩石在不同力学条件下的断裂特征和破裂过程。
二、模拟技术离散元法模拟技术主要包括初始状态设定、边界条件设定、模型求解和结果分析四个方面。
在初始状态设定方面，必须明确岩石的形状、大小、位置、方向、质量和初始速度等关键参数，然后搭建初始状态的离散元模型。
对于三维模型，一般采用CAD建模软件对岩体进行数字化建模，以便在后续计算中直接导入。
对于大型工程场址，需要将场址的数据进行采样和统计分析，然后利用岩石信息建模系统来建立数值模型。
在边界条件设定方面，需要明确力学加载条件、边界类型和加载方式等参数。
力学加载条件包括单轴压缩、双轴压缩、剪切等多种加载方式。
边界类型分为封闭边界和开放边界。
加载方式则包括恒定速度、恒定应变率、恒定应力等方式。
在模型求解方面，需要利用离散元软件进行计算。
岩石破裂过程THMD耦合数值模型研究
( 2)
。假设组成材料的单元的物理
m- 1
( 3)
力学性质服从 Weibull 分布 : α φ(α ) = m ・ α α 0 0 α ・ exp α 0
m
渗流场控制方程 :
( 1) K
2
p =
式中 α代表材料微元体力学性质 ( 强度 、 弹性模 量、 泊松比和容重等) ,α 0 代表细观单元力学性质平 均值 , m 定义了分布函数的形状 , 其物理意义反映 了岩石材料的均质性 。 可以将 m 定义为均质度系 数 , m 越大 , 岩石越均质 ; 反之 , 则越不均质 。 在进行 数值分析时 , 只要给定这些组成材料细观单元的本 构关系就可以了 。 作为数值模型的基础 , 本文用弹 性损伤力学给出细观单元的本构关系 。
(℃ ) ,δ f i 为岩体介质的体积 ij 为 Kro necker 常数 。
概率分布 , 细观单元为各向同性 、 弹性体 。
( 2) 岩石细观单元体为弹脆性的并且具有残
余强度 , 其力学行为用弹性损伤理论描述 。
( 3) 岩体为单项水饱和介质 , 只考虑固液两
相 , 且流体不可压缩 。
( 4) 岩体介质骨架中的水渗流服从 Darcy 渗流
21 1 基本假设
ε v 1 5 p α5 Q 5t 5t
-β
( 4)
渗流 2 应力耦合方程 :
K (σ, p) = K0 e
σ α ii / 3- p
H
( 5)
温度场控制方程 : λ
2
ρw K T - cw
p
ρ T + QT = c
5T 5t
i
( 6)
本构方程 : ε δijε δ δij } , j +ρ {2G p f ij + λ kk - β s ijΔ T + α
单轴压缩作用下岩石混凝土一体两介质体破裂过程数值模拟
互作用过程 中的影响 ， 视为一个完整的实体 ， 这种界
面分析 方 法 在 力 学 上 称 之 为 一 体 两 介 质 （ ｈ ｉ Ｔｅｂ —
ｍａｅ ｉｌｍｏ ｅ ： ｎ ｔ ｅｉ ｔｒａ ｅ，ｔ ｔｒａｓｐ ￥ｅ ｓｔ ｅ ｔｒａ ｄ ｌ ｏ ｈ ｎ ｅｆｃ ｗｏｍ ｅ ｌ ｏ ｓ ｓ ｈ ａ ｉ
数据 ， 用东北大学 岩石 破裂与失 稳 中心研 究开 利
发 的 岩 石 破 裂 过 程 分 析 Ｒ Ｐ ｒ ｋｆｌｒ ｒ ｅｓ Ｆ Ａ（ｏ ａｕｅｐｏ ｓ ｃ ｉ ｃ ａａ ｓ ） 序 ， 岩 石 混凝 一 体 两 介 质 体试 件 做 单 ｎｌ ｉ 程 ｙｓ 对
验机的工作方式加载总步为 ５０ ， ０ 步 每步加载位移
第６ 期
赵宝云 等 ： 单轴压缩作用下岩石混凝土一体两介质体破裂过程数值模拟
８ １
１２ 数值 模拟 参 数选 取 ．
结合实验室试验结果数值模型的具体力学及其 控制参数见表 １ 。 在数值模拟过程 中， 采用修正的莫尔． 库仑准则
作 为破 坏 的判 别 准 则 。为 了研 究 岩 石 、 凝 土非 均 混 匀性 的影 响 ， 映岩石 、 凝 土试样 内部结 构 的离散 反 混
中图分 类号 ： ＿ ８ ３ ４ ． ５ 文献标 识码 ： Ａ
Ｏ 引 言
作 为 准 脆 性 材 料 ， 石 和 混 凝 土 的 力 学 特 岩
究分析 。
１ 计 算模 型及参数选取
大量 工程 是直 接 建 在 岩 石 上 的 ， 工 建 筑 中的 水
性、 强度 、 寿命 和失效 模 式 等强 烈地 依 赖 于微 缺
岩石破裂数值方法
1数值计算方法—基本流程
求解控制
前处理
区域离散
力学参数
边界条件
表格
计
图像
算
曲 线
机
求
后处理
解
载荷位移 编程实现
应力分布
变形大小
有限元方法(FEM)
原理：通过变分原理（或加权余量法）和分区
插值的离散化处理把偏微分控制方程转化为线 性代数方程，把待解域内的连续函数转化为求 解有限个离散点（节点）处的场函数值。
连续介质模型 等效连续介质模型 （岩层与节理）
（各向同性或异性） 离散元模型
复杂岩石隧洞
等效连续介质+接触 （节理）单元
1数值计算方法—分类
➢有限单元法(Finite Element Method, FEM) ➢离散单元法(Discrete Element Method, DEM) ➢有限差分法(Finite Difference Method, FDM) ➢边界单元法(Boundary Element Method, BEM) ➢块体理论(Block Theory)
在RFPA系统中，应力分析求解器和相变分析相互 独立，应力计算器仅完成应力、应变计算，不参 与相变分析。
相变分析
在RFPA系统中，通过应力求解器完成各基元的应力、变 形计算后，程序便转入相变分析。相变分析是根据相变准 则来检查各基元是否有相变，并依据相变的类型对相变基 元采用刚度特性弱化（如破裂或分离）或刚度重建（如压 密或接触）的办法进行处理。最后形成新的、用于下一步 计算的整体介质各基元的物理力学参数。
岩石类材料的非均匀本质
矿物颗粒、微裂隙 微孔洞
节理裂隙、破碎带
骨料、砂浆、结合裂缝
3岩石破裂过程分析系统—RFPA
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进 行 O破 坏 分 析 则 是 根 据 一 定 的 破 坏 准 则 来 检 查 材 料 中 是 否 有 单 元 破 坏 O对 破 坏 单 元 则 采 用 刚 度 特 性 退 化$ 处理分离% 和刚度重建$ 处理接触% 的办法进行 处 理 O为 了 模 拟 试 验 机 加 载 情 况 C采 用 位 移 加 载 方 式 O对 于 每 一 步 给 定 的 位 移 增 量 C首 先 进 行 应 力 计 算O 然 后 根 据 破 坏 准 则 来 检 查 模 型 中 是 否 有 破 坏 单 元 O如果没有 C继续增加一个位移增量 C进行下一步 应力计算 O如果有破坏单元 C则根据单元的拉或剪破 坏 状 态 进 行 刚 度 退 化 处 理 O然 后 重 新 进 行 当 前 步 的 应力计算 O重复上述过程 C直到整个材料产生宏观破 坏 O由于单元的破坏为脆性 C因此认为单元破坏释放
%
为& 步 !每 步 加 载 量 为 3 K "模 拟 过 程 共 计 加 载 & / , , $ , , ,/ --"
P 计算结果分析
为 分 析 岩 石 均 质 度 对 其 裂 纹 扩 展 过 程 的 影 响!
共 进 行 了 三 个 方 案 的 模 拟 !因 篇 幅 所 限 !只 在 图 1 中列出有代表性结果 !其中的四幅图皆为能代表 ’ + M 中大理岩试样均质度相近的试样 Q& 和 Q%表示和图 % 在不同载 荷阶段 的声 发射图 SQ1 为均质 体到峰 值强 度T / U 时的破坏图 SV 为均质度不同的两体试 B的 L 样到峰值强度 L / U 的破坏图 "下 面对此 结果进 行简 要对比分析 " 破坏 ’ & +均匀材料中裂纹扩展的数值模拟表明 ! 基 本沿 裂纹两 端对称 萌生 和扩展 ’ 见 图 1中 Q1+ !所 形 成 的 主 裂 纹 从 宏 观 上 看 较 光 滑 "模 拟 结 果 和 文 用 树 脂 材 料 所 做 结 果 很 吻 合 !也 符 合 经 典 断 裂 E & & F % ; 力学有关翼型裂纹扩展的解析结果 !说明 7 8 9 : 方 法对于脆性材料中裂纹扩展过程的模拟是可行的 " ’ % +对 于 非 均 质 的 大 理 岩 !对 比 图 &和 图 1中 Q&!Q% 的实验 和数值 模 拟 结 果 !两 者 表 现 极 强 的 一 致性 " 由于实际岩石中晶粒和缺陷的随机分布 !当受 到 外 载 荷 时 !由 于 各 矿 物 对 力 的 传 递 效 率 和 自 身 变
! " " (年 ! !月 ! !日收到初稿 C! " " "年 S月 ! "日收到修改稿 O D 中国科学院力学研究所非线性连续介质力学开放实验室开放基金资助项目 O 作者 黄明利 简介 &男 CE ,岁 C博士 C! " " !年毕业于辽宁工程技术大学采矿系采矿工程专业 C现任讲师 C主要从事岩石力学与采矿方面的研究工 作O
破坏过程时空分布的声发射图 ! Q R表示单岩体试样 S
料 显 著 非 均 质 性 对 裂 纹 扩 展 过 程 的 影 响 !同 时 又 设 计了裂纹两端伸入均质度不同的两岩体模型 !如图 % ’ + !白色表示均质度较好 岩 石 !暗 色表 示 均 质度 较 6 差岩石 " % $ % $ % 力学参数说明 % ; 7 8 9 : 程序以某种分布形式对材料强度和弹性 模量进行初始赋值 "本文采用韦布尔 ’ <= > 6 ? @ @ +分布 A ’ C!D +来近似反映缺陷和晶粒等各微元强度等力 B 学 参 数 的 不 同 "根 据 文 E & , F中 结 论 知 !韦 布 尔 参 量 C 是 材 料 的 结 构 参 数 !它 反 映 了 材 料 结 构 中 缺 陷 分 布 不 规 则 程 度 !在 量 值 上 是 该 材 料 结 构 分 形 维 数 G 的 %倍 "其中参数 C 越大 !表明岩石的性质越均匀 " D为反映岩石材料平均性质的参数 "本模型中 !岩体 力 学 参 数 如 下 H弹 模 I 2 J KL , ,*9 M !N J , B2 & 2, $ % / "均质岩体 C 值取为 & , , !非 *9 M !泊松比 O 均质体取为 1 "为了与试验模型一致 !这里的割缝为 完全贯通的裂纹 !在如图 %所示的受力状态下 !该裂 缝不会闭合 !而将不断地扩展 " 单元破坏准则中的摩擦角取为 1 , 5 !拉压强度比
T 引
言
验结果比较 C表明了数值计算的可靠性 O
岩体中裂纹的扩展是地学领域的重要研究课题 C 对 于 理 解 井 巷 工 程 稳 定 性 I边 坡 失 稳 和 地 震 等 地 壳 介 质 破 裂 过 程 的 机 制 具 有 重 要 意 义 O几 十 年 来 有 关
! )S V 它的研究取得了长足的进展 U O岩体是由多种矿物
形 不 同 !必 然 引 起 岩 石 内 部 应 力 场 的 不 均 匀 分 布 ! 起 初 微 破 裂 杂 乱 无 章 分 布 !随 着 载 荷 增 加 !微 裂 纹
产生局部应力集中 !导致胶结最弱部位微裂纹产生 "
逐渐在预置裂纹端部集中 !当达到峰值强度 / , U时! 并 逐 渐 汇 集 W贯 通 成 肉 眼 可 见 的 宏 观 裂 纹 !方 向 大 角 S随 着 外 载 荷 的 致与 预 置 裂 纹 垂 直 !与 外 力 成 4 / 5
万方数据
第& L卷
第 4期
黄明利等 $岩石破裂过程的数值模拟研究
e4 f J e
根 据 这 一 准 则 !单 元 的 破 坏 可 能 是 拉 坏 也 可 能 是 剪 坏" # $ # 计算数学模型 % $ % $ & 模型说明 为便于与 本 文 所 进 行 的 带 预 制 裂 纹 大 理 岩 扫 描 电 子显微镜’ 实验结果进行对比’ 见图 & + !设 ( ) *+ 计如图 %所示的计 算模型 !计 算范围 为 % ,--. & , $ , / 0, $ 1 / --!考 虑 大 理 岩 中 颗 粒 的 平 均 粒 径 为 , , , .& , , 2% ,, , ,个 等 面 积 单 元 ! --!共 划 分 为 % & , ,个 3 -- "裂 纹 预 置 在 试 样 的 中 部 !长 为 /--! 与长边夹角为 4 / 5 "采用平面 应力分 析 "为 了研 究 材
质度对材料破坏过程的决定性影响 O 关键词 分类号 非均质性 C单裂纹 C裂纹演化规律 # + Q ! CPE # ’ Q ! P+ 文献标识码 M 文章编号 ! , , , R ’ " ! S $ + , , , % , # R , # ’ ( R , #
在 外 载 作 用 下 的 不 同 破 坏 失 稳 过 程 O并 和 相 关 的 实
+ , , ,年 *月
岩石破裂过程的数值模拟研究 D
C+ CE 黄明利 ! 唐春安 ! 朱万成 E
! 中国科学院力学研究所 F $ GH
北京
! , , , ( , % 沈阳 ! ! , , , ’ %
$
+ 辽宁工程技术大学
阜新
! + E , , , % $
E 东北大学岩石破裂与失稳研究中心
摘要
+ N 考虑不同粒度组成和缺陷分布的岩石 C对其裂纹扩展 I演化过程的影响 C建立数学模型 C应 用 J K L M 程序分 析 了 均 质 度 对 岩 石 类 脆 性 材 料 在 外 载关 的 实 验 结 果 进 行 对 比 C指 出 了 均
图 & 预制裂纹大理岩试样裂纹扩展 ( ) * $ & ( 8 > X ) *Y Z = [ B \] ^ B _ M B Z‘ _ ] ‘ M X M [ > ] a> a[ \ =-M _ 6 @ =b> [ \‘ _ = = c > Y [ > a XB _ M B Z
’ +单体模型 M
’ +两体模型 6
+ N 发的 J 软 件C % K L M $ J W X YK Z [ \ ] ^ _L ^ W X _ ‘ ‘Ma Z \ b ‘ [ ‘ 考 虑 不 同 岩 性 均 质 度 的 影 响 C模 拟 了 不 同 岩 性 岩 石
渐破坏模型$ k k L ^ W i ^ _ ‘ ‘ [ j _K Z [ \ ] ^ _ K ^ Z X l ] ^ _ N Z mZ i _
’ C* V 的弹性能以声发射的形式释放 U C据声发射特性来
观 察 岩 石 破 裂 过 程 O考 虑 到 岩 石 类 脆 性 材 料 的 抗 拉 强 度 远 小 于 抗 压 强 度 C因 此 本 文 采 用 了 修 正 后 的 库
" V 仑 准则 I包含拉伸 截断 U 作 为单元 破坏的 强度 判据 O
c 数值模拟模型
c h c Q T 岩石破裂过程分析程序 d e f g 概述 + N 本文所用 J K L M 系统 C是一个能模拟岩石介质 ’ C* V 逐渐破坏过程的数值模拟工具 U O和其他已有的逐
晶粒 I胶结物及孔隙缺陷等组成的混合体 C是自然界 中经过亿万年的地质演变和地质构造运动所形成的 最 为 复 杂 的 固 体 材 料 之 一 O岩 石 中 晶 粒 缺 陷 的 随 机 分 布 导 致 其 各 向 异 性 和 非 均 质 性 C这 对 岩 石 在 外 载 作 用 下 的 破 坏 行 为 产 生 显 著 影 响 O岩 石 在 外 载 作 用 下 的 变 形 破 坏 过 程 C实 质 上 就 是 岩 石 中 的 缺 陷 的 萌 生 I长大 I扩展和汇合 的过 程 O裂纹 不 规 则扩 展 I相 互作用直至贯通是这类非均匀脆性材料破坏的主要 形式 O均质度对其破坏的影响是决定性的 O考虑均质 度影响 C用解析方法分析裂纹扩展 I演化影响是极其 复杂的 C在目前来说 C甚至是不可能的 O随着计算机 的发展 C有限元 I边界元等数值算法在材料破坏分析 方 面 的 应 用 越 来 越 广 O而 一 种 岩 石 力 学 的 分 析 方 法 能 否 成 功 地 解 决 实 际 岩 土 工 程 中 的 问 题 C在 很 大 程 度上取决于它是否真实地反映工程岩体所具有的非 均匀性 O 本文应用东北大学岩石破裂与失稳研究中心开