巖石拉壓實驗的顆粒離散元模擬.pdf

1、在實際的巖石工程中，很多巖石的宏觀力學(xué)參數(shù)及其本構(gòu)關(guān)系都基本由巖石的壓縮實驗獲取。究其原因，傳統(tǒng)觀念認(rèn)為在大多數(shù)情況下巖石承受的是壓應(yīng)力而并非拉應(yīng)力。目前來講，室內(nèi)實驗對巖石抗拉強度的獲取主要來自于劈裂實驗。但是，劈裂實驗存在的缺陷導(dǎo)致測量的結(jié)果和巖石的真實抗拉強度存在很大的誤差，由此可以看出只有直接拉伸實驗才能真實的正確的反映巖石的抗拉特性。隨著很多重大巖石工程的興建，學(xué)者們開始大量的致力于巖石三軸壓縮試驗的研究，并取得了大量成果。但

2、是這些研究大多是從宏觀上探索巖石的力學(xué)性能，只有把細(xì)觀角度的分析和宏觀力學(xué)行為結(jié)合起來才能真實了解巖石力學(xué)特性的本質(zhì)。而數(shù)值方法在這些方面的研究表現(xiàn)出了很大的優(yōu)越性。
　　為了規(guī)避有限元等方法（把巖石視為連續(xù)均勻介質(zhì)）在研究巖石拉伸壓縮的力學(xué)特性中存在的缺陷，本文采用非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)研究中的重要數(shù)值模擬方法—顆粒離散元法對巖石的拉伸壓縮實驗進行模擬，從細(xì)觀出發(fā)分析巖石的變性破壞機制，以期達到數(shù)值模擬實驗代替或部分代替巖石室內(nèi)試驗的目

3、的。本文利用顆粒流軟件PFC2D進行以下研究:
　　(1)以雙軸壓縮離散元模型的構(gòu)建為例，介紹了顆粒離散元模型的構(gòu)建方法。通過改變單個顆粒細(xì)觀參數(shù)的數(shù)值來分析巖石宏觀力學(xué)性能的變化，最后總結(jié)得出顆粒離散元模型顆粒之間細(xì)觀參數(shù)和巖石宏觀參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。
　　(2)構(gòu)建砂巖單軸壓縮顆粒離散元模型，通過對砂巖單軸壓縮室內(nèi)試驗的反復(fù)模擬，標(biāo)定出反映真實砂巖的顆粒間細(xì)觀參數(shù)。分析模擬實驗所得應(yīng)力—應(yīng)變曲線、試樣破壞形式及微裂紋發(fā)育情況

4、，探討巖石脆性材料的變形破壞機理。采用標(biāo)定過的細(xì)觀參數(shù)構(gòu)建砂巖的直接拉伸數(shù)值模型，對其應(yīng)力—應(yīng)變曲線及破壞形式進行分析。
　　(3)采用雙軸壓縮顆粒離散元模型對大理巖室內(nèi)試驗結(jié)果進行標(biāo)定，獲取能表現(xiàn)大理巖力學(xué)特性的顆粒細(xì)觀參數(shù)。通過對不同圍壓下三軸數(shù)值試驗獲取的應(yīng)力—應(yīng)變曲線和強度特征進行分析，驗證了數(shù)值試驗結(jié)果與大理巖室內(nèi)試驗結(jié)果模擬的一致性。通過分析數(shù)值試驗的破壞形式及微裂紋的發(fā)育特點，探討了巖石試樣微裂紋的發(fā)育與其變形破壞形