基于FLAC的多尺度巖體裂隙時(shí)效擴(kuò)展數(shù)值模擬試驗(yàn)研究.pdf

1、大量的工程實(shí)踐表明，巖體失穩(wěn)破壞是一個(gè)明顯的漸進(jìn)時(shí)效過程且與巖體中裂隙擴(kuò)展貫通密切相關(guān)?；诖耍疚囊劳袑?dǎo)師的國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“高殘余應(yīng)力下卸荷破裂硬巖的流變特性及時(shí)效擴(kuò)展機(jī)理研究”（41172243），提出一種研究巖體裂隙時(shí)效擴(kuò)展的數(shù)值計(jì)算新方法。該方法的核心思想是虛擬微裂紋擴(kuò)展貫通導(dǎo)致單元屈服破壞，進(jìn)而由破壞的單元相互搭接連通形成宏觀斷裂面。作者概述了三種微裂紋擴(kuò)展模式，并利用FLAC二次開發(fā)接口實(shí)現(xiàn)了模型的程序化。基于自定

2、義模型進(jìn)行了完整巖石巖樣（單軸壓縮、雙軸壓縮和單軸拉伸）、宏觀單裂隙巖樣（單軸壓縮和雙軸壓縮）及宏觀雙裂隙巖樣（單軸壓縮）裂隙擴(kuò)展數(shù)值試驗(yàn)研究。本文主要研究工作和成果如下：
　　①根據(jù)巖體裂隙擴(kuò)展規(guī)律和經(jīng)典應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算模型，總結(jié)了三種微裂紋擴(kuò)展模式（固定方向擴(kuò)展模式、直線翼裂紋擴(kuò)展模式、曲線翼裂紋擴(kuò)展模式），結(jié)合最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則、亞臨界裂紋擴(kuò)展等理論建立了微裂紋時(shí)效擴(kuò)展模型。利用VS2008實(shí)現(xiàn)了FLAC自定義模型的程序化，通過

3、生成了.DLL文件，在FLAC中配置調(diào)用這些.DLL文件實(shí)現(xiàn)了巖體多尺度裂隙時(shí)效擴(kuò)展演化數(shù)值模擬。
　?、谕暾麕r石巖樣三種微裂紋擴(kuò)展模式下裂隙擴(kuò)展形式有較大差異，單軸壓縮下固定方向擴(kuò)展模式巖樣裂隙表現(xiàn)為劈裂破壞和斜剪破壞（與微裂紋傾角分布有關(guān)）、直線翼裂紋擴(kuò)展模式大致上都是劈裂破壞、曲線翼裂紋擴(kuò)展模式裂隙擴(kuò)展更類似剪切破壞；雙軸壓縮下三種擴(kuò)展模式都表現(xiàn)為斜剪破壞，但具體的擴(kuò)展路徑不同；單軸拉伸下裂隙擴(kuò)展的方向都與拉荷載方向正交，但

4、具體的擴(kuò)展路徑也不同。數(shù)值試驗(yàn)的結(jié)果與相應(yīng)室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果有較高的相似性，也就證實(shí)了本文的數(shù)值試驗(yàn)方法是可行的。通過將三種微裂紋擴(kuò)展模式下的裂隙擴(kuò)展情況與室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)比可得到壓縮荷載作用下兩種翼裂紋擴(kuò)展模式更適用，而拉伸荷載作用下固定方向擴(kuò)展模式模擬的結(jié)果更好。另外，由數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果可知單元微裂紋傾角分布對(duì)不同擴(kuò)展模式的影響不同。
　?、刍趩屋S和雙軸壓縮數(shù)值試驗(yàn)，揭示了宏觀裂隙傾角變化對(duì)單裂隙巖樣承載能力的影響。宏觀裂隙傾角越大，巖樣

5、的承載能力越高，具體表現(xiàn)在裂隙的起裂和擴(kuò)展時(shí)間都更長(zhǎng)。不同微裂紋擴(kuò)展模式的宏觀單裂隙巖樣數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果不同，單軸壓縮下固定方向擴(kuò)展模式巖樣宏觀裂隙擴(kuò)展為“X”形剪切裂紋擴(kuò)展形式，而兩類翼裂紋擴(kuò)展模式巖樣宏觀裂隙擴(kuò)展為翼裂紋擴(kuò)展形式，與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果最相似的是直線翼裂紋擴(kuò)展模式；雙軸壓縮下三種擴(kuò)展模式巖樣宏觀裂隙擴(kuò)展形式都是次生裂紋，與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果最行進(jìn)的也是直線翼裂紋擴(kuò)展模式，可見直線翼裂紋擴(kuò)展模式最適用于宏觀單裂隙巖樣的數(shù)值試驗(yàn)研究。