非連續(xù)變形分析(DDA)方法的開裂算法研究.pdf

1、巖體破壞模擬是計算巖土力學領(lǐng)域的熱點問題，其中連續(xù)巖石介質(zhì)的開裂破壞是巖體破壞的重要形式。本文采用非連續(xù)變形分析（DDA）方法模擬連續(xù)巖石介質(zhì)的開裂破壞，著重研究和發(fā)展了一種新型DDA開裂模擬算法。首先在DDA方法中引入巖石細觀非均勻性模型，對非均勻巖石試件的開裂破壞進行模擬。發(fā)現(xiàn)在原有的DDA子塊體節(jié)理面開裂算法中由于開裂只能沿虛擬節(jié)理面發(fā)生，開裂破壞的模擬結(jié)果受網(wǎng)格劃分的影響較大，且計算效率較低。為此，本文發(fā)展了一種DDA子塊體單元

2、開裂算法，允許裂紋貫穿子塊體單元。具體研究工作概括如下：
　?。?）為真實再現(xiàn)巖石材料的開裂破壞，基于Weibull分布函數(shù)，在DDA方法中引入了考慮彈性和強度參數(shù)非均勻性的巖石細觀非均勻性模型。采用DDA子塊體節(jié)理面開裂算法對巴西圓盤劈裂實驗和方件單軸壓縮實驗進行了計算，在細觀線性本構(gòu)下得到了巖石的宏觀非線性力學響應。在此基礎(chǔ)上，對含有不同傾角中心裂紋缺陷的圓盤及方件模型的破壞進行了計算，探討了非均勻性對計算結(jié)果的影響。

3、　?。?）通過以上模擬工作發(fā)現(xiàn)，由于裂紋只能沿預置虛擬節(jié)理面發(fā)生，真實開裂路徑只能通過裂紋帶逼近，因此需要采用足夠小的子塊體單元來減小網(wǎng)格劃分對開裂路徑的影響，計算效率低。為此，發(fā)展了DDA子塊體單元開裂算法，即允許裂紋貫穿子塊體。通過對初始模型加點，搜索不連續(xù)面回路以及定義裂紋尖端完成子塊體開裂前的準備，然后基于修正的莫爾庫侖準則，對子塊體的開裂破壞進行判斷，最終形成新的子塊體，并對開裂后子塊體的應力、應變、接觸等信息進行傳遞更新。編

4、寫了相應的程序代碼。
　　（3）采用新的開裂算法對經(jīng)典巴西圓盤劈裂和霍普金森桿層裂實驗進行模擬，模擬結(jié)果與相應的理論結(jié)果和實驗結(jié)果吻合較好，初步驗證了DDA子塊體單元開裂算法的可行性。與DDA子塊體節(jié)理面開裂算法相比，新的開裂算法所得的開裂路徑不再需要裂紋帶來逼近，開裂方向受網(wǎng)格劃分的影響減小，模擬對網(wǎng)格劃分數(shù)目的需求降低，因此開裂路徑更為準確，計算效率更高。
　　（4）將DDA子塊體單元開裂算法應用到巖石材料的開裂破壞問題