巖石拉壓實(shí)驗(yàn)的顆粒離散元模擬.pdf

1、在實(shí)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(shí)驗(yàn)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(lái)講，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)巖石抗拉強(qiáng)度的獲取主要來(lái)自于劈裂實(shí)驗(yàn)。但是，劈裂實(shí)驗(yàn)存在的缺陷導(dǎo)致測(cè)量的結(jié)果和巖石的真實(shí)抗拉強(qiáng)度存在很大的誤差，由此可以看出只有直接拉伸實(shí)驗(yàn)才能真實(shí)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(yàn)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(lái)才能真實(shí)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(duì)巖石的拉伸壓縮實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬，從細(xì)觀出發(fā)分析巖石的變性破壞機(jī)制，以期達(dá)到數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)代替或部分代替巖石室內(nèi)試驗(yàn)的目

3、的。本文利用顆粒流軟件PFC2D進(jìn)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(guò)改變單個(gè)顆粒細(xì)觀參數(shù)的數(shù)值來(lái)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(duì)應(yīng)關(guān)系。
　　(2)構(gòu)建砂巖單軸壓縮顆粒離散元模型，通過(guò)對(duì)砂巖單軸壓縮室內(nèi)試驗(yàn)的反復(fù)模擬，標(biāo)定出反映真實(shí)砂巖的顆粒間細(xì)觀參數(shù)。分析模擬實(shí)驗(yàn)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(jī)理。采用標(biāo)定過(guò)的細(xì)觀參數(shù)構(gòu)建砂巖的直接拉伸數(shù)值模型，對(duì)其應(yīng)力—應(yīng)變曲線及破壞形式進(jìn)行分析。
　　(3)采用雙軸壓縮顆粒離散元模型對(duì)大理巖室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(guò)對(duì)不同圍壓下三軸數(shù)值試驗(yàn)獲取的應(yīng)力—應(yīng)變曲線和強(qiáng)度特征進(jìn)行分析，驗(yàn)證了數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果與大理巖室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果模擬的一致性。通過(guò)分析數(shù)值試驗(yàn)的破壞形式及微裂紋的發(fā)育特點(diǎn)，探討了巖石試樣微裂紋的發(fā)育與其變形破壞形