单轴压缩条件下岩样应变局部化剪切带的数值模拟研究
岩石剪切带单轴压缩应变软化影响因素研究
岩石剪切带单轴压缩应变软化影响因素研究陈 康，赵光明，孟祥瑞( 安徽理工大学 能源与安全学院，安徽 淮南 232001 )摘 要: 岩石属于准脆性材料，在单轴压缩的条件下的应力先是随着应变的增加而增加，当应力达到最大值时，应力开始下降，试件呈现应变软化行为。
为研究岩石试件单轴压缩时应力 － 应变 软化段的影响因素，基于位移法得到岩石试件单轴压缩时应力 － 应变曲线软化段的斜率的解析式，并利用 FLAC 2D软件针对不同剪切带与主应力的方向的夹角 α 和不同高宽比的岩石试件进行 单轴加载数值模拟结果分析并对解析式进行结果验证。
关键词: 单轴压缩; 应变软化; 剪切带; 数值模拟 中图分类号: T D313文献标志码: A文章编号:1003 － 496X ( 2013) 03 － 0029 － 04 I n fl u e n c e F ac t o r s R es e a r c h on Uniaxial C o mp r ess i o n S t r a i n So ft e n i n g in Rock S h e a r Z o n eCHEN K ang ，ZHAO Guang － m i n g ，MENG X i a n g － r u i( S choo l of En e r gy and S a f e t y ，Anhu i U n i v e r s i t y of S c i e nc e and T e chno l ogy ，H ua i nan 232001，Ch i na )Ab s tr ac t : The rock i s qu a s i － b r i tt l e m ater i a l ． Under th e co nd i t i o n o f un i a x i a l co mp ress i o n ，stress i n crease s w i t h the i n crea se of a x i a l stra i n f i rst l y ，w h e n the stress reac he s the m a x i mum va l u e ，t h e stress b e g i n s to d ec li n e ，s p ec i m e n presents stra i n softe n i n g b e h av i o r ． To research the effec t facto rs of stre ss － stra i n softe n i n g segme nt in s i n g l e a x i s co mp re ss i o n of rock s p ec i m e n ，t h e s l o p e a n a l yt i c e x p re ss i o n of stre ss － stra i n curve so fte n i n g se gmen t du r i n g s i n g l e a x i s co mp re ss i o n of rock s p ec i m e n are go t base d on d i s p l ace m e n t m et h o d ，a nd FLAC 2D software are used to a n a l y ze un i a x i a l l oa d i n g s i mu l at i o n re s u l ts i n c l ud i n g a n g l e α formed by d i ff ere n t shear zone and p r i n c i p l e stre ss d i rect i o n and rock s p ec i m e n w i t h d i ffe re n t a spec t rat i o ，a nd the a n a l y t i c e x p re ss i o n i s ve r i f i e d by th e res u l t ． K e y w o r d s : un i ax i a l co mp ress i o n ; stra i n softe n i n g ; shear zo n e ; num er i ca l s i mu l at i o n剪切带并直至发生失稳破坏。
岩石单轴压缩端部效应的数值仿真分析
长㊀江㊀科㊀学㊀院㊀院㊀报 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｙ ａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅＲ ｉ ｖ ｅ ｒＳ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃＲ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈＩ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ０ ㊀Ｎ ｏ ． ６ ㊀㊀ Ｊ ｕ ｎ ．２ ０ １ ３ ㊀㊀ ２ ０ １ ３ ， ３ ０ （ ０ ６ ） ： ６ ８－ ７ １
分析， 得出端部效应的影响与垫板的刚度性质有关 的结论。文献［ ３ ］ 通过大理岩的单轴试验发现， 端 部加有聚四氟乙烯垫片试验的单轴抗压强度要低于 ４ ］ 利用 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ ３ Ｄ模拟了因 端部未加垫片的。文献［ ５ ］ 通过 端部摩擦效应而产生的应变局部化。文献［ 试验分析指出， 若采用特殊的装置减小岩样端部摩 擦后， 岩石材料强度的尺寸效应就消失了。 虽然许多学者采取许多措施来减少加载端部和 岩石试件之间的摩擦力来消除或者减小端部效应， 如 Ｐ Ｃ ） 在试件的两端加特殊垫板（ 片） ， 如聚四氟乙烯（
６ － ９ ］ 垫片、 气垫等垫板， 仍然不能很好地解决此问题［ 。
２ ㊀岩石细观本构模型
２ ． １ ㊀单轴应力 － 应变关系 本文模型基于连续介质损伤力学框架以描述岩 石材料在细观尺度下各离散单元的力学特性。按照 Ｌ ｅ ｍ ａ ｉ ｔ ｒ ｅ 应变等价原理， 受损材料的本构关系可通 过无损材料的名义应力与应变关系表示， 即 珟 Ｅ ＝Ｅ （ １－Ｄ ） ， ㊀（ ０≤ Ｄ≤ １ ）， （ １ ） ０ 珟 ＝ Ｅ 。 （ ２ ） σ ε 珟 式中： Ｅ Ｅ为损伤后的弹性模量； ０ 为初始弹性模量； Ｄ为损伤变量。 ２ ． ２ ㊀损伤演化定义和强度准则 岩石试件在单轴拉伸时， 试件的破裂缝与加载
三维岩样单轴压缩端面效应及破坏数值模拟
三维岩样单轴压缩端面效应及破坏数值模拟
王学滨
【期刊名称】《四川大学学报（工程科学版）》
【年(卷),期】2005(037)002
【摘要】采用三维拉格朗日元法,对三维岩样在单轴压缩及不同端面约束条件下,试样端面上压应力的分布及演化规律、试样的破坏过程及空间局部化区域的形态进行数值模拟研究.在峰值强度之前及之后,岩石的本构模型分别取为线弹性及莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型.数值结果表明,对于粗糙端面,由于强烈的端面约束,试样的弹性区是以两端面为底面的锥体;锥体一旦形成,随着时间步的增加,其体积基本保持不变;压应力集中于端面的四个边上.对于光滑端面,弹性区被塑性区所包围,随着时间步的增加,弹性区逐渐缩小,直到消失;压应力集中于端面的中心.在平面应力状态下,未观测到明显的局部化剪切带图案.无论粗糙还是光滑端面,三维岩样都发生了明显的剪切破坏.三维岩样内部的剪切应变局部化带有主有次,占主导地位的剪切带尺寸较大,应变率集中程度较大.
【总页数】6页(P28-33)
【作者】王学滨
【作者单位】辽宁工程技术大学,力学与工程科学系,辽宁,阜新,123000
【正文语种】中文
【中图分类】TU451
【相关文献】
1.预制共轭X型裂纹岩样单轴压缩渐进破坏过程数值模拟研究 [J], 李少增;朱祖俊
2.混凝土试样单轴压缩端面效应及破坏数值模拟 [J], 陈健云;刘智光
3.混凝土单轴压缩破坏过程的三维细观数值模拟 [J], 党发宁;韩文涛;田威;郑娅娜;陈厚群
4.单轴拉伸岩样破坏过程及尺寸效应数值模拟 [J], 王学滨
5.三维岩样单轴压缩自由面剪应变率及位移分布数值模拟 [J], 王学滨
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岩石单轴压缩试验离散元模拟分析
岩石单轴压缩试验离散元模拟分析赵海军【摘要】采用二维离散元程序PFC2D,对岩石试样的单轴压缩试验进行了数值模拟.将数值模拟结果和室内试验实测结果进行了比较,发现颗粒流方法能够较好地模拟室内试验,其结果对研究岩石单轴作用下的破坏机理有一定的应用价值.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2018(044)011【总页数】2页(P72-73)【关键词】岩石;单轴压缩试验;数值模拟【作者】赵海军【作者单位】山东华科规划建筑设计有限公司,山东聊城 252000【正文语种】中文【中图分类】TU4581 概述岩石单轴压缩试验是岩石力学试验中最简单、最基本的试验方法。
传统室内试验存在成本高、岩石试样不可重复等缺点。
随着计算机技术的发展，数值模拟被用于岩石的破坏机理研究中。
从微观层面而言，岩石是由内部微小的矿物颗粒相互粘结而成的[1]，矿物颗粒有着不同的粒度、形状，颗粒之间粘结介质有着不同的接触关系，这些众多的微观因素在一定程度上影响着岩石宏观力学特性。
与传统有限元相比，离散元细观颗粒模型能反映岩石内部微裂纹扩展为宏观裂纹的过程，体现裂纹在扩展过程中相互的影响，以及颗粒间接触力的重分布过程。
构建出准确反映岩石特性的细观颗粒模型，能合理模拟出岩石微观结构动态破裂过程[2]。
本文利用PFC2D程序，构造相应的岩石数值模型，对岩石的单轴压缩试验进行数值模拟。
通过改变颗粒的细观参数，得到一系列不同的宏观参数。
对这些数值结果进行分析处理，得出岩石的宏观和细观参数之间联系。
通过岩石试样的颗粒流数值模拟，调整颗粒的细观参数，得到与室内试验结果相似的应力—应变关系曲线，以及相似的破坏模式，有一定的理论分析和实际应用价值。
2 基本原理离散元法基于P.A.Cundall等的离散元理论发展起来[3]，PFC软件中采用圆盘表示颗粒，通过在颗粒间设置粘结来提供岩土体的宏观强度，用于模拟分析颗粒之间的粘结接触主要为接触粘结模型和平行粘结模型。
单轴压缩情况下软岩的动态力学特性试验研究(1).
单轴压缩情况下软岩的动态力学特性试验研究(1)摘要：本文对软岩(砂浆模拟材料)进行了应变速率范围为10-5到101s-1的动单轴压缩实验。
实验结果表明，试样的抗压强度随应变速率的增加有较明显的增加趋势，增加幅度大于硬岩。
同时，试样的弹性模量以及泊松比随着应变速率的增加均有增加的趋势，但幅度小于强度的增加幅度。
本文还根据不同应变速率下试样破裂面的sem实验结果，初步分析了软岩动态力学特性机理。
关键词：动单轴压缩软岩力学特性mechanical properties of soft rock under dynamic uniaxial compressionabstract: the present paper introduced the experimental study on soft rock (analogized with mortar) under dynamic uniaxial compression at the strain rates from 10-5 to 101 s-1. it is indicated that the compressive strength of the soft rock increase with the increasing strain rate and the rising rates are higher than that of soft rock. the young’s moduli and poisson’s ratio of the soft rock increase with the increasing strain rate, but the rising rates are less than that of compressive strength. in addition, based on the sem results, the mechanism of the strain rate effect of the soft rock is primarily analyzed.key words: dynamic u niaxial compression / soft rock/ mechanical properties一、前言岩石材料在动载荷作用下的力学特性是研究爆炸以及地震载荷在岩石结构中传播与衰减规律的基本参数。
基于flac^3d模拟的岩石单轴压缩试验应力应变统计规律
基于flac^3d模拟的岩石单轴压缩试验应力应变统计规律“基于flac^3d模拟的岩石单轴压缩试验应力-应变统计规律”是研究岩石在单轴压缩试验中应力-应变特性规律的一个重要课题。
本文以FLAC^3D模型为基础，以有限元素方法进行了岩石单轴压缩试验模拟，采集了以应力、应变等作为响应变量的数据，并利用统计学方法对模型数据进行了拟合和分析，探讨了岩石在单轴压缩过程中应力-应变的统计规律。
一、研究背景单轴压缩试验是目前岩石力学性质研究的基本试验，在工程、科研领域中有着至关重要的地位，但传统试验中存在着大量的不确定因素，容易出现偶然性差异。
为了解决传统试验中出现的偶然差异，利用有限元素法进行岩石单轴压缩试验的模拟，再结合统计学技术，分析岩石在单轴压缩试验中的应力-应变关系，已受到包括研究者在内的众多学者的重视。
二、实验方法1.选取模型样品：采用砂岩试样，尺寸为50×50 mm，其表面平整，对其密度、抗拉强度等进行了测定；2.模拟条件：采用FLAC^3D模型，以正常温度、相对湿度和气压下的常用测试机构，应用自由节点模式，实现压缩试验模拟，并设置适当的增量半径修正和初始压力；3.数据采集：在做单轴压缩试验模拟时，实时采集和记录应力、变形、位移、应变等数据；4.拟合分析：根据以上实验数据，以统计学方法对数据进行分析，从数据中汲取所需要的参数，并将参数应用到现有的统计模型中，拟合数据以描述岩石在单轴压缩过程中应力-应变统计规律。
三、实验模拟结果1.岩石在单轴压缩试验中应力-应变随位移的变化趋势：在岩石的单轴压缩实验中，应力随着位移的增加而增加，而应变在位移达到一定程度之后出现稳定的变化态势，其变化曲线在位移方向上大体符合线性变化规律；2.岩石在单轴压缩试验中应力-应变计算结果：应力随压缩距离的增加而增加，最大应力处于压缩距离的末端，而应变的增加则受到压缩距离的影响较小，且应力和应变均为正值；3.应力-应变模型：根据采集的实验数据，选取了由岩石的极限弹性模量E和极限压缩模量σL组成的Ackermann-Kuhn模型作为岩石在单轴压缩过程中应力-应变的拟合模型；4.岩石单轴压缩试验参数拟合结果：拟合得到的参数值为极限弹性模量E=57.1MPa，极限压缩模量σL=62.45MPa，两个参数都满足了90%的拟合要求；5.岩石单轴压缩试验数据分析结果：通过对实验数据的分析，得出在较大的位移范围内，岩石的力学弹性在一定程度上维持不变，而岩石的抗压能力也在适当的范围内维持了一定的稳定性；四、结论本文以FLAC^3D模型作为基础，采用有限元素法进行了岩石的单轴压缩试验模拟，通过对采集数据的统计分析，确定了岩石在单轴压缩实验中的应力-应变曲线规律，提出了一套新的Ackermann-Kuhn应力-应变模型及其参数，从而为岩石力学性质研究提供了新的研究方法。
单轴压缩过程中冻结砂岩的损伤局部化规律研究
单轴压缩过程中冻结砂岩的损伤局部化规律研究张慧梅;高培雄;贾海梁;王婷;唐丽云【期刊名称】《冰川冻土》【年(卷),期】2024(46)2【摘要】损伤局部化是岩石受荷破坏过程中的必经阶段和破坏前兆特征。
本文研究冻结岩石受荷破坏过程中的损伤局部化规律,并探讨初始饱和度的影响。
在-20℃下对具有不同初始饱和度的冻结砂岩试样进行单轴压缩试验,并采用数字图像相关(DIC)和声发射(AE)系统采集试验过程中的表面变形和声发射信号,分析了试样表面应变局部化模式与内部微裂纹扩展类型。
结果表明:(1)初始饱和度令试样的单轴抗压强度产生阶段性变化,并改变了试样各加载阶段占比和破裂过程中的声发射振铃计数分布特征;(2)以40%初始饱和度为转折点,试样的表面应变局部化模式由拉应变为主变为剪应变为主,初始饱和度超过90%时出现了拉、剪应变同时发展的混合模式,并能与试样的最终破坏形态对应;(3)损伤局部化过程中,试样内部的微裂纹扩展类型与表面应变局部化模式基本吻合。
最后,结合不同初始饱和度下冻结岩石孔隙中的相组成分变化,分析了其对冻结岩石损伤局部化模式的影响。
本研究有助于加深研究人员对冻结岩石力学性质的认识,为寒区岩石工程破坏与失稳预测提供重要参考。
【总页数】13页(P565-577)【作者】张慧梅;高培雄;贾海梁;王婷;唐丽云【作者单位】西安科技大学建筑与土木工程学院;西安科技大学理学院;陕西理工大学土木工程与建筑学院【正文语种】中文【中图分类】TU752;TU45【相关文献】1.单轴冲击冻结砂岩损伤机理2.单轴压缩条件下红砂岩微细结构演化规律的试验研究3.基于单轴压缩与扫描电镜试验的冻融红砂岩损伤特性研究4.冻结裂隙砂岩单轴压缩损伤特性CT试验因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
轴对称单轴压缩岩石材料应变局部化剪切带数值模拟研究
轴对称单轴压缩岩石材料应变局部化剪切带数值模拟研究程详;赵光明;李英明;孟祥瑞;董春亮【摘要】利用FLAC3D数值软件中的应变硬化一软化本构模型,模拟轴对称单轴压缩条件下岩石试件应变局部化剪切带的形成过程,同时对不同端面效应下长径比效应对应变局部化剪切带的影响进行分析.结果表明,岩石试件的应变局部化剪切带的启动、发展到最终形成是一个渐进的演化过程.端面效应和长径比效应均影响应变局部化剪切带的形状和岩石强度.光滑边界应变局部化剪切带形成于试件上下端面,摩擦边界形成于试件中部区域,且摩擦边界时试件的峰值强度高于光滑边界,峰值强度后的软化阶段陡峭于光滑边界.随着岩石试件长径比的增加,岩石的峰值强度在逐步降低,达到峰值强度所需的时步却呈增加的趋势.这一研究成果有助于加深理解岩石破坏过程.%Using strain hardening-softening constitutive model of FLAC3D numerical software,the formation process of strain localization shear zone was simulated under the axisymmetric uniaxial compression condition for rock specimen,and the influence of length-to-diameter ratio effect on the strain localization shear zone was also analyzed under the effect of different end faces.The results showed that startup,development and the final form of the strain localization shear band is a gradual evolutionary process of the rock specimen.End face effect and length-to-diameter ratio effect affect shape and rock strength of the strain localization shear zone.Strain localization shear zone is formed in the upper and lower end face of the specimen with smooth boundary,while that is formed in the central area of the specimen with friction boundary.At the same time,peak strength and subsequent softening stage of frictionboundary are higher than those of smooth boundary.With the increase of length-to-diameter ratio,the peak strength of the rock is reduced gradually,and the required time step is increased to obtain peak intensity.These research results will help deepen the understanding of rock failure process.【期刊名称】《高校地质学报》【年(卷),期】2017(023)003【总页数】8页(P555-562)【关键词】应变局部化;剪切带;应变软化;端面效应;长径比效应;数值模拟【作者】程详;赵光明;李英明;孟祥瑞;董春亮【作者单位】安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室,淮南232001;安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室,淮南232001;安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室,淮南232001;安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室,淮南232001;安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室,淮南232001【正文语种】中文【中图分类】TU456岩石类材料与矿山、隧道及水利等地下工程密切相关，其失稳破坏现象广泛存在于岩土工程实践中，如矿山开采中的冲击地压、岩爆、煤与瓦斯突出等灾害(李术才等，2016)。
岩样单轴压缩轴向及侧向变形耗散能量及稳定性分析
2.1 剪切带塑性剪切变形需要消耗的能量 由于剪切带内部塑性应变分布规律的不均匀性， 定义等效(或平均)塑性剪应变 γ p 为
2 w/2 τ −τ γ p = ∫ γ p dy = c 0 w c
γ p 为剪切带内部的不均匀的塑性剪切应变，由文[7]
的式(2)确定。由于剪切带产生了塑性剪切变形，由 此需要消耗的能量可以表示为 Aw Aw V = 0 ∫ τ dγ p = − 0 sin α c sin α
摘要：首先从能量的角度分析了单轴压缩岩石试件轴向及侧向塑性变形的耗散能量及其联系。根据梯度塑性理论， 局部化带的尺寸由特征长度确定，得到了单轴压缩岩样由于剪切局部化而引起的轴向及侧向塑性变形所耗散能量 的解析解。研究结果表明：剪切带消耗的能量等于侧向及轴向塑性变形消耗的能量的总和；轴向塑性变形消耗的 能量与侧向塑性变形消耗的能量成正比，其比例系数与剪切带倾角有关；轴向塑性变形消耗的能量要大于侧向塑 性变形消耗的能量；当流动应力为 0 时，剪切带消耗的能量达到最大值；轴向外力对试件作功等于侧向及轴向塑 性变形消耗的能量的总和；增加剪切带倾角，侧向塑性变形消耗的能量占剪切带消耗的能量的比例增加。然后分 析了单轴压缩岩石试件轴向及侧向变形的不稳定性。将剪切带及带外弹性岩石所受到的剪应力分解为水平及垂直 剪应力，剪切带的塑性剪切变形也分解为水平及垂直变形。建立了水平剪力与侧向塑性变形及垂直剪力与轴向塑 性变形的理论关系。水平剪力与侧向塑性变形曲线的斜率等于垂直剪力与轴向塑性变形曲线的斜率。由于这些关 系依赖于结构尺寸，因此，不能被看作本构关系。将剪切带视为“试件” ，将带外弹性体看作“试验机” 。根据刚 度理论，可以得到“试件”–“试验机”系统在水平及垂直两个方向上的失稳判据，结果表明，二者是相同的。 失稳判据不仅和岩石材料的自身特性有关，还和岩石试件的结构尺寸相关。 关键词：岩石力学；梯度塑性理论；局部化；剪切带倾角；轴向塑性变形；侧向塑性变形；耗散能量；稳定性 中图分类号：TU 451 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)05–0846–08
非均质岩石单轴压缩下损伤演化规律数值模拟研究
非均质岩石单轴压缩下损伤演化规律数值模拟研究
李红丽
【期刊名称】《有色矿冶》
【年(卷),期】2024(40)1
【摘要】岩石在单轴压缩直至破坏的过程较快,无法通过肉眼观察裂纹扩展形态,为定量分析花岗岩在单轴压缩下损伤演化规律,利用数值模拟软件模拟非均质花岗岩单轴加载过程,通过模拟模型在不同时步下破坏单元数量,基于有效承载面积的损伤变量理论,计算岩石的损伤变量,进而对非均质花岗岩损伤规律研究。
研究结果表明:(1)花岗岩在数值模拟单轴压缩下,会产生共轭破坏(“X”型破裂),其裂纹最初产生的裂纹是由右上到左下的斜向裂纹,其次产生由左上到右下的斜向裂纹,最终形成“X”型共轭破裂;(2)在压缩与弹性阶段数值模拟损伤变量增加较少,在裂纹发展阶段数值模拟损伤变量开始以平均增幅为0.003 5缓慢增加,在峰后破坏阶段数值模拟损伤变量以平均增幅为0.035激增,与岩石时间与应力的曲线变化有很好的一致性。
研究结果可对后续非均质岩石表面与内部裂纹发展相关性提供新的研究途径,进而为岩石破坏预警监测提供新的研究途径。
【总页数】6页(P43-48)
【作者】李红丽
【作者单位】辽宁石油化工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TU456
【相关文献】
1.单轴加载岩石损伤及声发射特性非均质效应的数值试验
2.单轴压缩下脆性岩石损伤破坏能量演化规律试验研究
3.不同围压三轴循环压缩下岩石的线性储能和耗能规律及损伤演化特征
4.岩石单轴压缩下损伤表征及演化规律对比研究
5.单轴压缩下透明类岩石损伤演化特征研究
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基于单轴压缩试验的岩石损伤力学参数修正及数值模拟
基于单轴压缩试验的岩石损伤力学参数修正及数值模拟作者：王嵩左双英曲传奇刘明发贾杰南来源：《贵州大学学报（自然科学版）》2017年第02期摘要：岩石在加载或卸荷过程中，内部微裂纹逐渐扩展和延伸，其力学参数会发生动态劣化，表现出损伤特性。
基于岩石单轴压缩试验，从损伤力学的角度出发，利用岩石微元强度服从威布尔分布函数，建立压缩变形过程中损伤变量与累积应变之间的关系。
基于FLAC3D平台模拟室内单轴压缩试验过程，利用其内嵌的Fish语言进行二次开发，对岩石力学参数進行动态修正。
数值模拟结果表明，经过力学参数修正的计算过程能更好地反映岩石受压过程。
关键词：单轴压缩试验；岩石损伤；累积应变；数值试验中图分类号：TU458 文献标识码：A如今计算机技术发展迅猛，计算机的应用已经遍及到各类工程和技术研究领域。
其中计算机数值模拟作为一种重要的研究方法，被大量的运用于岩体稳定性分析中，然而数值模拟的计算结果常常与实际情况有一定的出入。
在数值分析过程中，岩体的力学参数的选取对稳定性分析结果的可靠性有很大程度的影响，不同的力学参数将会造成不同的计算结果。
因此，如何确定岩体力学参数已经成为了数值模拟过程中至关重要的一步。
数值模拟的力学参数取值常用方法有试验法、经验法、规范法等，通常给出的是一个定值。
但在工程活动进行时，岩体总会受到一定的开挖扰动，这种扰动带来的影响会直接导致岩体力学参数发生相应的变化。
特别是在地下工程中，大量现场试验研究结果表明，洞室开挖后的围岩存在一个力学性质劣化的破损区，且破损区内的岩体力学参数（弹性模量E、黏聚力c、内摩擦角φ）较开挖前明显发生了改变，传统的岩体力学参数取值方法显然不能反映岩体力学与工程系统的这一动态演化过程。
本文基于室内单轴压缩试验过程及分析结果，从岩石损伤力学的角度出发，研究岩石损伤演化对其力学参数的影响，并在数值模拟试验中结合岩石损伤变量对岩石力学参数进行动态修正。
此修正过程，将结合Mohr-Coulomb弹塑性本构模型，在FLAC3。
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。
岩石剪胀效应的数值模拟研究
强度越 高但 增加 幅值 不 大 ； 随着巷 道 围岩 剪 胀 效应 的增 强 ， 围岩 的 变形 量 增 加 显 著 ， 合理 有 效地
控 制巷道 围岩 的 剪胀 变形 是 支护 的关键 。
室表 面位 移量 增加 明显 ； 文献 ［ ］ 过试 验 手段 研究 了大 理岩 在三 轴压缩 下 局 部化 变 形特 征 ， 岩石 的局 ７通 将 部化 变形 分为 稳定 、 稳定 增长 及快 速 发 展 ３个 阶段 ， 为岩 石 在 局部 变形 稳 定 增 长 达 到 一定 程 度 后 表 现 认 短暂 的应 变硬 化并 开始 剪胀 ； 文献 ［ ２ １ ］ 论 了在 数值 计 算 中 ， 土材 料 参 数 剪 胀 角 的选 取 及 确 定 问 １ ，３ 讨 岩
１２ ８报
２１ ０ １血
由于这种体积膨胀现象是岩块沿着剪切面滑移造成 的， 故称为剪胀效应［ 。与岩石 的扩容相比， ８ 由于 岩石扩容虽然是微裂隙体积膨胀 ， 但它没有形成贯通裂隙 ， 表现不出滑移与错动 ， 进而岩石的剪胀变形 比
１ 岩 石 剪 胀 效 应 的概 念
岩石 在其 载荷 强度 达 到峰值 强度 后产 生破 裂 ， 碎 岩 块在 应 力 峰 后 区将 出 现 显 著 的体 积 膨 胀 现 象 。 破
收稿 日期 ： ０ ０—１ ２１ ２—１ ５ 基 金 项 目 ：国 家 重 点 基 础研 究发 展计 划 （ ７ ９ ３计 划 ） 目（０ ７ Ｂ ０ ４ ０ ；国家 自然 科 学 青 年 基 金 项 目（ ０ ００ ５） 项 ２ ０ Ｃ ２ ９０ ） ５ ９４ ６ ；国 家 自然 科 学
岩石单轴拉伸破坏过程的数值模拟
岩石单轴拉伸破坏过程的数值模拟张德海;朱浮声;邢纪波【期刊名称】《岩土工程学报》【年(卷),期】2005(27)9【摘要】用三维梁–颗粒模型BPM3D(Beam-Particle Model in Three Dimensions)对岩石材料在单轴拉伸条件下的力学性质和破坏过程进行了数值模拟。
梁–颗粒模型是在离散单元法基础上,结合有限单元法中的网格模型提出的用于模拟岩石类材料损伤破坏过程的数值模型。
模型中材料在细观层次上被离散为颗粒单元集合体,相邻颗粒单元由有限单元法中的弹脆性梁单元联结。
梁单元的力学性质按韦伯(Weibull)分布随机赋值,以模拟岩石材料力学参数的空间变异性。
材料内部裂纹通过断开梁单元来模拟。
通过自动生成的非均质材料模型对岩石材料的破坏机理进行研究。
岩石在单轴拉伸状态下破坏过程细观数值模拟结果显示,岩石材料宏观破坏是由于其内部细观裂纹产生、扩展、连接的结果。
数值模拟结果与实验结果的对比分析表明了模型的适用性。
根据数值模拟结果对岩石材料的破坏机理进行了探讨。
【总页数】4页(P1008-1011)【关键词】岩石;单轴拉伸;数值模拟;梁-颗粒模型;破坏过程【作者】张德海;朱浮声;邢纪波【作者单位】沈阳建筑大学土木学院;烟台大学土木系【正文语种】中文【中图分类】TU451【相关文献】1.单裂隙岩石在单轴压缩下破坏的数值模拟 [J], 王辉;高召宁;孟祥瑞;应治中2.单轴拉伸作用下岩石裂隙起裂扩展的数值模拟 [J], 张海磊;邓青林;侯俊;赵国彦;雷明礼3.单轴拉伸岩样破坏过程及尺寸效应数值模拟 [J], 王学滨4.单轴压缩下岩石蠕变失稳破坏过程数值模拟 [J], 李连崇;徐涛;唐春安;朱立凯因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
单轴压缩煤岩变形破裂应力场的数值模拟
单轴压缩煤岩变形破裂应力场的数值模拟1.本研究利用数值模拟方法对单轴压缩煤岩的变形破裂应力场进行了研究。
In this study, numerical simulation method was used to investigate the deformation and fracture stress field of coal rock under uniaxial compression.2.通过建立煤岩的数学模型，我们可以计算出其在压缩加载下的应力分布情况。
By establishing a mathematical model of coal rock, we can calculate the stress distribution under compression loading.3.数值模拟结果显示，煤岩在单轴压缩加载下呈现出复杂的变形破裂特征。
Numerical simulation results show that coal rock exhibits complex deformation and fracture characteristics under uniaxial compression loading.4.研究发现，在煤岩样品中，变形破裂主要发生在裂纹周围区域。
It was found that in coal rock samples, deformation and fracture mainly occur in the vicinity of the cracks.5.通过数值模拟，我们可以更好地理解煤岩的变形破裂机制。
Numerical simulation allows us to better understand the deformation and fracture mechanism of coal rock.6.煤岩的变形破裂特征对采矿工程和地质灾害防治具有重要意义。
岩石单轴压缩应变梯度损伤模型局部化带宽
ｆｕ ｄ ｔ ｎ ｆｒｍｅｓ ｒ ｇｔｅ ｉｔｍａ ｅ ｇｈ ｏ ｏ ｋ ｏ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ｓｇｖ ｎ Ｔ ｅｗｉｔ ｆｌ ａｉａ ｏ ａ ｄ ｉ ｏ ｎ ａ ｏ ｏ ａ ｕ ｉ ｅ ｌ ｌｎ ｔ ｆｒｃ ｎ ｔ ｘ ｅｉ ｉ ｎ ｈ ｎ ｈ ｍｅ ｔｉ ｉｅ ． ｈ ｄ ｏ ｈ ｃ ｚｉ ｏ ｌ ｔ ｎ ｂ ｓ ｎ
２０ ０ ６年 ６月
Ｊｎ ｕ ． ２ｏ ０６
岩石单轴 压缩应变梯度损伤模 型局部化带 宽
赵 扬锋 ，潘一 山
（ 辽宁 工程 技术 大学 力学与 工程 科学 系 ，辽宁 阜新 １３０ ２００）
摘 要 ：采用基于各向同性应变梯度损伤模型，在平衡方程中引入高阶应力项和损伤内变量，对单轴压缩作用下岩石变形局部化进
维普资讯
第 ２ 卷第 ３ ５ 期
、０ ． ５ ，１ ２ ＮＯ ３ ．
文章 编号 ： １
辽宁工程技术大学学报
Ｊ ｕ ａ ｆ ｉ ｏ ｉ ￣Ｔ ｃ ｎ ｃ ｌ ｉ ｅ ｓ ｏ ｒ ｌ ａ ｎ ｎ ｅ ｈ ｉ ａ ｖ ｒ ｉ ｎ ｏ Ｌ Ｕｎ
ＺＨＡＯ ａ ｇｆｎ Ｙ ｎ ・ｅ ｇ， Ｐ ＡＮ －ｈ ｎ Ｙｉｓ ａ
பைடு நூலகம்
（ ｐ ｒ ｎ ｆ ｃ ａ ｉｓ ｎ ｎ ｉｅ ｒ ｇＳ ｉｎ ｅ， ｉｏ ｉｇ ｅ ｈ ｉａ ｎｖ ｒｉ ， ｕ ｉ ２ ０ ０ Ｃ ｉａ Ｄｅ ａ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｎｃ ｄＥ ｇｎ ｅｉ ｃ ｃｓ Ｌａ ｎｎ ｃ ｎｃ ｌ ｉｅｓｔ Ｆ ｘｎ １３ ０ ， ｈｎ ） ｏ Ｍｅ ａ ｎ ｅ Ｔ Ｕ ｙ
ｍａｅ ａ ， ｅｗｉ ｔ ｏ ｌ ａｉ ａ ｏ ａ ｄｉ ｌｒ ｅ ａ ｏｆａ ｉ ｔｒ ｔ ｉ ｈ ｌ ｄ ｈ ｆ ｏ ｌ ｔ ｎｂ ｃ ｚｉ ｎ ｓ ａｇ ； ｓｔ ｒ ｇ ｌ ｅｍａ ｅ ｉ ， ｅｗｉｔ ｏ ｌ ａｉａ ｉ ｎｂ ｄｉ ｍａ １ ｔｒ ｔ ｌ ａ ｈ ｄ ｈ ｆｏ ｌ ｔ ｃ ｚ ｏ ａ ｎ ｓｓ ｌ．
伤引起岩石剪切破坏的数值模拟
伤引起岩石剪切破坏的数值模拟
“材料的损伤和断裂过程的研究一直是力学界研究的热点和难点。
岩石类固体材料的破坏是一种累积损伤过程,且剪切破坏是岩石材料在压缩状态下脆性破坏的一种主要破坏形式。
剪切破坏的机理是:当材料进入塑性变形阶段或应变软化变形阶段时,材料的变形就会强烈集中在一小部分区域或带上,形成变形局部化剪切带,从而导致材料剪切破坏。
对单轴压缩试验、纯剪切试验进行了数值模拟得出:不论是岩石试件单轴压缩或纯剪切模拟,随着步长(外部载荷)的增加,试件将产生应力应变集中(局部化)现象,并且一般都发生在剪力两侧端点,且在应力应变集中区域最先出现损伤区域。
对于单轴压缩试件,损伤区域都将呈交叉状,最终形成贯通试件的斜45状的剪切破坏带,随着剪切带形成,试件失稳破坏。
对于纯剪切试件,不论是材料均质或非均质,试件最终将产生一滑动剪切带,并首先在试样一端(应力集中区)出现.然后再形成由一端及里的扩展直至另一端的剪切破坏带。
最后产生剪断面破坏贯通,形成统一的滑动面。
缪海宾，辽宁工程技术大学硕士学位论文，2008。
来源：元计算官网。
岩石材料的剪切破坏特征
岩石材料的剪切破坏特征
曾亚武;朱以文
【期刊名称】《三峡大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2002(024)001
【摘要】基于局部化剪切带不连续分叉理论,分析了轴对称压缩状态下岩石材料的剪切破坏特征.分析结果认为,岩石材料在压缩状态下的脆性破坏总是剪切破坏的,单轴压缩状态下的张破坏是剪切破坏的一种极限情形.剪切破坏的破裂角与岩石的应力状态有关,即随着围压的增加,其剪切带与试样径向的夹角逐步降低,但最终可能趋于一个常数.
【总页数】4页(P48-51)
【作者】曾亚武;朱以文
【作者单位】武汉大学,土木建筑工程学院,武汉,430072;武汉大学,土木建筑工程学院,武汉,430072
【正文语种】中文
【中图分类】TU452
【相关文献】
1.层合板复合材料层间剪切破坏特征检测系统的开发 [J], 郭雅琳;王瑞
2.含两组叠置X型裂隙类岩石材料单轴拉伸破坏特征 [J], 张波;杨学英;李术才;郭帅;唐鹏越;李海燕;杨磊;孙怀凤;王书刚
3.岩石材料局部化渐进剪切破坏特性及模型分析 [J], 于德海;彭建兵;王旭东
4.轴对称单轴压缩岩石材料应变局部化剪切带数值模拟研究 [J], 程详;赵光明;李英
明;孟祥瑞;董春亮
5.基于摩尔-库伦准则的岩石材料加(卸)载分区破坏特征 [J], 张国军;张勇
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岩样单轴压缩塑性变形及断裂能研究
α 也完全相同，那么不同高宽比试件的相对应力–
塑性变形曲线将严格是一条直线。 对于普通混凝土的单轴压缩试验，抗压强度
于研究单轴压缩问题并不适合。 文[16 ～20]基于剪切应变梯度塑性理论，采用 多种力学方法侧重研究准脆性材料的剪切局部化特 征、稳定性及其宏观力学行为，弥补了以往理论模 型的若干缺陷，如：用具有一定尺寸的局部化带替 代没有厚度的滑动面或滑移线；用倾斜的局部化带 替代水平的局部化带。然而，上述理论研究并未涉 及塑性轴向应变及断裂特性的研究。 本文首先对应变软化阶段岩石试件轴向塑性变 形进行了分析，解释了前人的有关试验结果。然 后， 采用 Scott 模型计算了峰前断裂能， 采用梯度理 论计算了峰后断裂能。还将前人的一些试验结果与 本文提出的理论结果进行了对比，验证了所得到的
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岩石力学与工程学报
2005 年
pre-peak stage，Scott model is used to describe the nonlinear elastic stress-strain relation and analytical solution of pre-peak fracture energy is derived. The solution shows that the pre-peak fracture energy is related to specimen length. In strain-softening stage，linear strain-softening constitutive relation between shear stress and plastic shear strain is adopted. Analytical solution of post-peak fracture energy dissipated by localized plastic shear deformation is derived based on gradient-dependent plasticity. The reasonability of present analytical solution of total fracture energy for quasi-brittle materials is verified by linear regression on earlier experimental result. Longer length of specimen leads to higher total fracture energy，and bigger elastic modulus to lower the total fracture energy. If the size effects of compressive strength and inclination angle of shear band are neglected，the reason for size effect of total fracture energy is the uniform plastic compressive deformation in pre-peak stage. Key words：rock mechanics；gradient-dependent plasticity；post-peak plastic deformation；total fracture energy； size effect；localization 理论结果及所提出的力学模型的正确性。
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Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ， Ｘｕ ｚ ｈ ｏ ｕ ２ ２ １ １ １ ６ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
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杜金宝 ， 赵光明 ， 程 祥 ， 孟祥瑞
（ １ ． 安徽 理 － ７ － ． 大 学能 源与安全 学 院， 安徽 淮南 ２ ３ ２ ０ ０ １ ； ２ ． 中国矿 业 大学煤炭 资 源与
安 全 开 采 国 家 重 点 实验 室 ， 江苏 徐州 ２ ２ １ １ １ ６ ）
摘 要 ：在 单轴 压 缩 条 件 下 ， 采用 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ ３ Ｄ软 件 ， 对 圆柱 体 岩 石 试 样 应 变 局 部 化 剪 切 带 的形 成 过 程 进 行 了 数 值 模
第 ２ ０卷 第 ６期
２ ０１ ３ 年 １ １月
安 全 与 环 境 工 程
Ｓａ ｆ ｅ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅｎ ｖｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎｔ ａ ｌ Ｅｎ ｇｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ
Ｖ ｏ１ ． ２ ０ ＮＯ． ６
ＮＯ Ｖ ． ２０１ ３
单轴压缩条件下岩样应变局部化剪切带的数值模拟研究
Ｈｕ ａ ｉ ｎ ａ ｎ ２ ３ ２ ０ ０ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ； ２ ． Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｋｅ ｙ Ｌａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｆ ｏ ｒ Ｃｏ ａ ｌ Ｒｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｓ ａ ］ ’ ｅ Ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ，
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拟 研 究 。结 果 表 明 ： 圆柱 体 岩 样 在 单 轴 压缩 条 件 下 的应 变 局 部 化 剪 切 带 的形 成 是 一 个 渐 进 的过 程 ， 其 最 终 的 破 坏 形 式 基 本 为 剪切 破 坏 ； 当 长 方 体 岩 样 内 含有 材 料 缺 陷 时 ， 首先在材料 缺陷处发 生应变集 中， 随 着 轴 向 应 变 的增 加 ， 最 终 沿 着 材 料 缺 陷 形 成 一 条贯 穿 于整 个 岩 样 的剪 切 带 ； 所 得 的数 值 模 拟 结 果 与 相 关试 验结 果基 本 一 致 。 关 键 词 ：岩 石 力 学 ； 单轴压缩 ； 应变局部化 ； 剪切带 ； 材料缺陷； 数 值 模 拟
中 图分 类 号 ： Ｐ ６ ４ ２ ． １ ｌ 。 。 ６ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ １ － １ ５ ５ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ — ０ １ ６ ４ — ０ ４
Ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ Ｌｏ ｃ ａ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｈ ｅ ａ ｒ － ｂ ａ ｎｄ ｓ ｏ ｆ Ｒｏ ｃ ｋ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ Ｕｎ ｉ ａ ｘ ｉ ａ ｌ Ｃｏ ｍｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ
ＤＵ Ｊ ｉ ｎ — ｂ ａ ｏ ， Ｚ Ｈ ＡＯ Ｇｕ ａ ｎ ｇ — ｍｉ ｎ ｇ ， ＣＨ ＥＮＧ Ｘｉ ａ ｎ ｇ ， ＭＥ ＮＧ Ｘｉ ａ ｎ ｇ — ｒ ｕ ｉ
（ １ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｓ ａ ｆｅ ｔ ｙ Ｅｎ ｇｉ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ，