裂紋演化的廣義粒子動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬.pdf

1、在深部巖體開(kāi)采中，由于巖石材料天然的固有變異性以及其內(nèi)部預(yù)存在的各種缺陷、裂隙、孔洞等軟弱面，使得巖石材料的力學(xué)性能以及破壞模式有著非常大的不確定性，所以對(duì)于含預(yù)制裂紋巖石材料的裂紋萌生及擴(kuò)展模式的研究受到了很多學(xué)者的關(guān)注。本文通過(guò)對(duì)含預(yù)制裂紋的巖石材料進(jìn)行二維和三維的數(shù)值模擬計(jì)算，得到預(yù)制裂紋對(duì)巖石材料的破壞機(jī)理和力學(xué)性能的影響。
　　在之前的研究當(dāng)中，由于各種數(shù)值研究方法，如有限差分法、有限元法、數(shù)值流形法等方法在模擬高應(yīng)變率

2、大變形問(wèn)題方面的缺陷，一種新的方法—無(wú)網(wǎng)格法更多的應(yīng)用于模擬大變形等問(wèn)題中。顧名思義，無(wú)網(wǎng)格法無(wú)需生成網(wǎng)格，而是用各個(gè)離散的粒子點(diǎn)，并通過(guò)這些粒子來(lái)承擔(dān)荷載進(jìn)而來(lái)模擬材料的各種受力情況。本文采用廣義粒子動(dòng)力學(xué)法（General Particle Dynamics,GPD法）對(duì)含預(yù)制裂紋的二維和三維模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，主要的研究?jī)?nèi)容有：
　?、倬帉憙?yōu)化了GPD程序的前處理程序，將使用AutoCAD平臺(tái)繪制的模型文件，通過(guò)利用C語(yǔ)言

3、編寫的程序?qū)⑵鋵?dǎo)入到GPD計(jì)算程序中，大大方便了二維和三維模型的建立；
　?、谕ㄟ^(guò)使用核函數(shù)近似和粒子近似方法，并引入巖石強(qiáng)度的本構(gòu)方程，編寫了用于模擬計(jì)算巖石二維和三維裂紋擴(kuò)展的GPD程序，并使用Python語(yǔ)言編寫了一套用于后處理數(shù)據(jù)可視化的軟件系統(tǒng)；
　?、蹖?duì)于巖石材料裂紋擴(kuò)展的二維模擬計(jì)算，選擇了兩組不同的十字正交裂紋傾角的模型，每組模型當(dāng)中又包括三種不同的裂紋間距布置模式，得到了：在單軸壓縮條件下，十字裂紋之間的連

4、接模式主要是翼形裂紋連接，剪切裂紋的數(shù)量和長(zhǎng)度都非常?。浑S著裂紋間距由0mm、10mm、20mm逐漸增加，裂紋的起裂應(yīng)力和峰值應(yīng)力降低。此外在裂紋傾角為45°時(shí)，對(duì)應(yīng)的起裂應(yīng)力和峰值應(yīng)力都相比裂紋傾角為0°時(shí)要高；
　?、軐?duì)于巖石材料裂紋擴(kuò)展的三維模擬計(jì)算，選擇了相同的裂紋傾角，不同的裂紋間距的三個(gè)模型進(jìn)行模擬計(jì)算，結(jié)果顯示在十字裂紋傾角為45°時(shí)三維裂紋萌生擴(kuò)展中，翼形裂紋占絕大多數(shù)，此外還有少量的剪切裂紋產(chǎn)生。裂紋間距對(duì)于材料