巖石三維表面裂隙擴(kuò)展機(jī)理及數(shù)值模擬研究.pdf

1、巖體中原生裂隙的起裂、擴(kuò)展、貫通以及巖體的破壞一直為工程地質(zhì)界、巖石力學(xué)界和相關(guān)工程界所重視。但由于巖石三維裂隙的擴(kuò)展理論不夠完善，且試驗(yàn)時(shí)，即使是觀察巖石三維表面裂隙的擴(kuò)展也有困難，主要表現(xiàn)在翼裂紋的擴(kuò)展很微弱，不易觀察其擴(kuò)展的起始時(shí)間、擴(kuò)展長(zhǎng)度、擴(kuò)展?fàn)顩r等，內(nèi)部擴(kuò)展?fàn)顩r更難獲得。由于理論及試驗(yàn)的局限性，致使該研究未取得突破性進(jìn)展。因此，有必要借助數(shù)值模擬并對(duì)照試驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行研究。
　　論文采用數(shù)值模擬對(duì)比試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行研究

2、，模擬了含45°表面裂隙的巖石試件在單軸壓縮條件下的裂隙擴(kuò)展過(guò)程。具體方法如下：
　　1、將巖體裂隙擴(kuò)展看成是構(gòu)成材料單元損傷累積的過(guò)程；
　　2、數(shù)值計(jì)算中，基于快速拉格朗日方法，利用FLAC-3D中的Fish語(yǔ)言編制考慮材料單元參數(shù)軟化模型的數(shù)值計(jì)算程序；
　　3、以Mohr-Coulomb模型中單元發(fā)生破壞為判斷依據(jù)（即單元達(dá)到塑性），當(dāng)單元發(fā)生塑性流動(dòng)時(shí)，對(duì)屈服單元參數(shù)進(jìn)行修正，如粘聚力、摩擦角、膨脹角和張拉強(qiáng)

3、度等。當(dāng)材料單元產(chǎn)生拉破壞時(shí)，直接將該單元參數(shù)重新賦一個(gè)很小的值；若材料單元出現(xiàn)剪破壞時(shí)，則將單元參數(shù)乘以一個(gè)殘余強(qiáng)度系數(shù)，模擬破壞過(guò)程中單元的殘余強(qiáng)度和破裂面的摩擦效應(yīng)；
　　4、對(duì)照試驗(yàn)結(jié)果及單元的應(yīng)力狀態(tài)及時(shí)修正破壞單元的參數(shù)賦值。
　　本文在二維巖石破裂過(guò)程分析研究的基礎(chǔ)上，利用數(shù)值模擬的方法對(duì)預(yù)制三維表面裂隙的巖石試件裂隙擴(kuò)展過(guò)程進(jìn)行了分析，研究了單軸壓縮荷載作用下巖石介質(zhì)中三維表面裂隙的萌生和擴(kuò)展的機(jī)理，進(jìn)一步揭