壓縮條件下巖石材料動態(tài)斷裂行為的廣義粒子動力學(xué)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(xì)觀裂紋萌生、發(fā)展、連接貫通，最終導(dǎo)致巖石斷裂。實(shí)驗(yàn)測得的結(jié)果如應(yīng)力、應(yīng)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(xué)行為響應(yīng)兩方面對試件的破裂機(jī)理進(jìn)行分析，因而成為巖土工程領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。
　　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(dú)特優(yōu)勢。本文采用廣義粒子動力學(xué)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(kuò)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(xué)中的質(zhì)量守恒、動量守恒、能量守恒三個(gè)控制方程，編寫適用于非均質(zhì)長方體巖樣三維裂紋擴(kuò)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(yīng)變率下單軸壓縮長方體巖石試樣力學(xué)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(yīng)力及峰值應(yīng)力等力學(xué)參數(shù)影響較小。細(xì)長的巖石試件裂紋沿著主應(yīng)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(qiáng)度和應(yīng)變率的關(guān)系函數(shù)與試驗(yàn)獲得的經(jīng)驗(yàn)公式相符，峰值應(yīng)變隨應(yīng)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(yīng)變率下，均質(zhì)性系數(shù)更高的試樣具有更高的抗壓強(qiáng)度和更大的峰值應(yīng)變。應(yīng)變速率的改變對破壞模式也影響很大，應(yīng)變速率越高，豎向裂紋條數(shù)越多，水平向裂紋擴(kuò)展速度也更快，導(dǎo)致高應(yīng)變率下試樣破裂成更小尺寸的塊狀。
　?、茉O(shè)計(jì)了多種應(yīng)變速率及圍壓聯(lián)合作用的三軸仿真試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)巖石起裂應(yīng)力、起裂應(yīng)變及動態(tài)抗壓強(qiáng)度、峰值應(yīng)變均隨著圍壓的增大而增大。將不同應(yīng)變率下動態(tài)三軸抗壓強(qiáng)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(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比。研究了不同