脆性巖石細觀破壞過程中的演化細胞自動機方法研究.pdf

1、對于巖石破壞過程和破壞機制的研究一直是巖石力學領(lǐng)域中一個非常重要的問題,前人用不同的方法對這一問題進行了很多的研究,取得了一定的進展,但仍然有一些問題沒有能得到解決,因此這一領(lǐng)域仍然是一個大家比較關(guān)注的前沿領(lǐng)域.在最近的幾年中,有人將細胞自動機方法引入到了巖石力學中,用于研究巖石的破裂及失穩(wěn)問題.這種方法以能量這一標量作為系統(tǒng)的基本變量,從細觀上反映了細胞間能量的相互傳遞、自組織平衡、耗散和守恒關(guān)系.但是該方法沒能夠反映出巖石加載及破壞

2、過程中應力、應變和位移等矢量場的變化及其相互之間的關(guān)系.該文在前人的基礎(chǔ)上,結(jié)合了巖石力學數(shù)值計算自身的特點,根據(jù)細胞自動機方法的基本理論,提出了演化細胞自動機(Evolving Cellular Automata——ECA)模型.演化細胞自動機模型從細觀角度入手,認為在細觀上,脆性巖石的應力應變關(guān)系符合理想線彈性本構(gòu)關(guān)系;從宏觀角度上,認為脆性巖石材料是一種非均質(zhì)的材料,因此根據(jù)前人的經(jīng)驗,假定脆性巖石材料的非均質(zhì)性符合韋伯分布(We

3、ibull Distribution).演化細胞自動機模型打破以往細胞自動機只有一種細胞的限制,采用包含節(jié)點細胞和三角形細胞在內(nèi)的兩種細胞的鄰居模型,以位移、力、應力和應變等矢量作為細胞的基本狀態(tài)變量.在演化細胞自動機系統(tǒng)中,兩種細胞互為鄰居,依據(jù)模型中所建立的局部作用規(guī)則進行基本信息的交換,并且按照以修正的摩爾-庫侖準則為依據(jù)建立的破壞演化規(guī)則進行破壞演化,進而實現(xiàn)對脆性巖石材料加載及破壞過程的模擬,并且體現(xiàn)了細胞自動機方法以局部的簡