三维大理岩弹塑性损伤和细观破坏过程数值模拟

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1、第27卷第3期岩石力学与工程学报Vol.27No.32008年3月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringMarch，2008三维大理岩弹塑性损伤及细观破坏过程数值模拟1，22赵吉坤，张子明(1.南京农业大学工学院，江苏南京210031；2.河海大学工程力学系，江苏南京210098)摘要：目前对于岩石细观破坏的研究取得了一些进展，但在许多工程领域不能简单地采用弹性损伤模型分析，而要考虑岩石细观局部塑性变形对岩体强度和稳定性的重要影响。因此，基于应变空间理论导出

2、弹塑性损伤细观模型，提出破坏单元网格消去法模拟裂纹扩展，程序自动删除损伤度为1的细观单元，使该单元在下一步计算中失去作用，利用高性能并行计算实现岩石三维破裂过程的数值模拟。对大理岩三点弯曲试样I型及I–II复合型裂纹的破坏过程进行数值模拟，研究裂纹穿晶和绕晶破坏问题，给出裂纹萌生、扩展过程及破坏形态，分析细观非均匀性对岩石宏观破裂力学行为的影响。计算结果表明，考虑岩石细观局部塑性变形时的岩体稳定性要大于不考虑局部塑性时的稳定性，仿真试验和物理试验吻合较好，由此说明所提出的岩石弹塑性损伤破坏模型的正确性和有

3、效性；裂纹尖端晶体强度影响穿晶和绕晶的破坏模式；破坏单元网格消去法解决有限元模拟裂纹扩展的难题，给出的模型和方法可付诸于实践。关键词：岩石力学；数值模拟；弹塑性损伤；大理岩；细观破裂过程中图分类号：TU45文献标识码：A文章编号：1000–6915(2008)03–487–083DNUMERICALSIMULATIONOFELASTOPLASTICDAMAGEANDMICROFRACTURINGPROCESSOFMARBLESAMPLES1，22ZHAOJikun，ZHANGZiming(1.Colleg

4、eofEngineering，NanjingAgriculturalUniversity，Nanjing，Jiangsu210031，China；2.DepartmentofEngineeringMechanics，HohaiUniversity，Nanjing，Jiangsu210098，China)Abstract：Inrecentyears，someprogressesareachievedintheresearchofrockmesoscopicfailure，butelasticdamagemo

5、delcannotbeadoptedsimplyinmanypracticalprojects.Therefore，mostimportantinfluencesofmesoscopiclocalplasticdeformationofrockonstrengthandstabilityofrockmassshouldbeconsidered.Anelastoplasticdamagemesoscopicmodelisdeducedbasedonthetheoryofstrainspace.Thefail

6、ureelementsdeletingmethodisputforwardtosimulatethecrackpropagation.Ifthedegreeofdamageelementsequals1，thecodedeletestheseelementsautomaticallyinordertoexplicitlyshowhowcrackspropagateinrock.High-performanceparallelcalculationisadoptedtorealize3Dnumericals

7、imulationofrockfractureprocess.Thefailureprocessesofmarblethree-pointbendingspecimenswithmodesIandI–IIcracksarenumericallysimulated.Bysettingcrystalincrack-tip，transgranularfractureandintergranularfracturearestudied.Theinitiationandpropagationofcracksandt

8、hefailureshapesofthespecimensaregiven.Theinfluenceofmesoscopicheterogeneityonrockmacroscopicfailuremechanicalbehaviorsisanalyzed.Thecalculationresultsshowthattherockmassstabilityconsideringmesoscopiclocalplasticdefo