壓縮條件下巖石材料動態(tài)斷裂行為的廣義粒子動力學數(shù)值研究.pdf

1、巖石是由一種或多種礦物所組成的固結(jié)或不固結(jié)的非均質(zhì)介質(zhì)。在外部荷載作用下，巖石內(nèi)部細觀裂紋萌生、發(fā)展、連接貫通，最終導致巖石斷裂。實驗測得的結(jié)果如應力、應變和破裂模式往往是累積破裂后的宏觀反映。而數(shù)值模擬方法則能夠從微觀裂紋和宏觀力學行為響應兩方面對試件的破裂機理進行分析，因而成為巖土工程領(lǐng)域研究的重點。
　　無網(wǎng)格粒子類方法可以徹底或部分地消除有限元等數(shù)值模擬方法依賴的網(wǎng)格，在超大變形、動態(tài)斷裂、沖擊荷載、材料裂變等問題的數(shù)值模

2、擬中具有獨特優(yōu)勢。本文采用廣義粒子動力學法（General Particle Dynamics,GPD法）對長方體巖石試樣在不同加載速度聯(lián)合圍壓作用下裂紋擴展全過程仿真分析，研究工作主要有：
　?、倩谶B續(xù)介質(zhì)力學中的質(zhì)量守恒、動量守恒、能量守恒三個控制方程，編寫適用于非均質(zhì)長方體巖樣三維裂紋擴展的GPD仿真程序，并開發(fā)了配套的GPD粒子生成程序用于可視化建模和后處理程序用于數(shù)據(jù)成像分析。
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3、應變率下單軸壓縮長方體巖石試樣力學特性，發(fā)現(xiàn)試件的形狀對破裂模式有著很重要的影響，而對起裂應力及峰值應力等力學參數(shù)影響較小。細長的巖石試件裂紋沿著主應力的方向產(chǎn)生，以劈裂的形式破壞。而比較短的巖石試件則出現(xiàn)了豎向裂紋與斜裂紋貫通破壞形式。
　　③采用不同的加載速度對非均質(zhì)長方體巖石試件仿真對比，結(jié)果表明巖石材料單軸動態(tài)抗壓強度和應變率的關(guān)系函數(shù)與試驗獲得的經(jīng)驗公式相符，峰值應變隨應變率增加提高幅度較大，而楊氏模量則增幅較小。在相同

4、應變率下，均質(zhì)性系數(shù)更高的試樣具有更高的抗壓強度和更大的峰值應變。應變速率的改變對破壞模式也影響很大，應變速率越高，豎向裂紋條數(shù)越多，水平向裂紋擴展速度也更快，導致高應變率下試樣破裂成更小尺寸的塊狀。
　?、茉O(shè)計了多種應變速率及圍壓聯(lián)合作用的三軸仿真試驗，發(fā)現(xiàn)巖石起裂應力、起裂應變及動態(tài)抗壓強度、峰值應變均隨著圍壓的增大而增大。將不同應變率下動態(tài)三軸抗壓強度隨圍壓變化規(guī)律統(tǒng)一用莫爾-庫侖公式來表示，并與試驗結(jié)果進行對比。研究了不同