岩石三维破裂过程的数值模拟研究

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1、万方数据第25卷第5期岩石力学与工程学报V01．25No．52006年5月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringMay，2006岩石三维破裂过程的数值模拟研究梁正召1～，唐春安1，张永彬2，马天辉2，张亚芳2(1．大连理工大学土木水利学院，辽宁大连116024：2．东北大学工程力学研究所，辽宁沈阳110004)瘸要：采用细观弹性损伤模型和有限元计算方法实现岩石三维破裂过程的数值模拟。考虑到岩石非均匀性的本质特征，通过引入简单直观的单元本构模型，采用细观单元材料性质退化的办法，利用

2、位移加载来实现岩石逐渐破裂过程；模拟单轴压缩、单轴拉伸和剪切破裂3种基本试验，得到岩石非线性应力一应变曲线和不同载荷阶段三维损伤破裂演化系列图像；分析细观非均匀性对岩石宏观破裂力学行为的影响。试验研究表明，三维破裂LL---维破裂更为复杂，RFPA3D可以有效地模拟脆性材料的三维破裂。关t词t数值模拟；三维破裂过程；非均匀性：细观损伤中圈分类号lO242文献标识码：A文章编号i1000—6915(2006)05—0931—063DNUMERICALSIMULATIoNoFFAILUREPRoCESSoFRoCKLIANGZhe

3、ngzha01～，TANGChun7anl，ZHANGYongbin2，MATianhui2，ZHANGYafan92r1．SchoolofCivilandHydraulicEngineering，DalianUniversityofTechnology，Dalian，Liaoning116024，China：2．EngineeringMechanicsInstitute，NortheasternUniversity，Shenyang，Liaoning110004，China)Abstract：Alinearelasticda

4、magemodelbasedonfiniteelementmethodatmesoscopiclevelwasappliedtoinvestigatethethree-dimensionalfailureprocessofrocksubjectedtovariousstressloadings．UniformcubeelementwasadoptedinRFPAⅢcodeandrockspecimenswerediscritisizedintouniformcubeelementswiththesafflesizeandsha

5、pe．Mechanicalpropertiesintheelements，includingelasticmodulusandpeakstrength，weredistributedwiththespecimensfollowingacertainstatisticalfunction．Ineachelement，themechanicalpropertieswerehomogenous．Theelasticmoduliandothermechanicalpropertieswereweakenedwhenthestresse

6、sintheelementsaresatistiedwiththefailurecriterion．Byfollowingasimpleelasto—brittleconstitutiverelation，thecomplete3Drockprogressivefailurewasobtained．Finally，threebasicexperimentswereconductedwithRFPA⋯．Completenonlinearstress—straincurvesaswellasfacturepicturesdurin

7、gdamageevolutionprocesswereobtained．Thenumericalsimulationresultsshowedthat3Dfailureprocesswasmuchmorecomplicatedthan2Dfailureprocess．ItalsoshowsRFPAmethodisausefulandeffectivetooltosimulatethefailureprocessofheterogeneousmatedals．Keywords：numericalsimulation；three—

8、dimensionalfailureprocess；heterogeneity：mesoscopicdamage1引言研究在外部载荷和环境作用下，材料中缺陷的演化规律及其导致材料最终失效或破坏的全过程，是力学家和材料科学家为之长期奋斗的跨学科命题Ⅲ。岩石应力一应变全过程曲线的