基于FLAC的多尺度巖體裂隙時效擴展數(shù)值模擬試驗研究.pdf

1、大量的工程實踐表明，巖體失穩(wěn)破壞是一個明顯的漸進時效過程且與巖體中裂隙擴展貫通密切相關(guān)。基于此，本文依托導(dǎo)師的國家自然科學基金面上項目“高殘余應(yīng)力下卸荷破裂硬巖的流變特性及時效擴展機理研究”（41172243），提出一種研究巖體裂隙時效擴展的數(shù)值計算新方法。該方法的核心思想是虛擬微裂紋擴展貫通導(dǎo)致單元屈服破壞，進而由破壞的單元相互搭接連通形成宏觀斷裂面。作者概述了三種微裂紋擴展模式，并利用FLAC二次開發(fā)接口實現(xiàn)了模型的程序化?；谧远?/p>

2、義模型進行了完整巖石巖樣（單軸壓縮、雙軸壓縮和單軸拉伸）、宏觀單裂隙巖樣（單軸壓縮和雙軸壓縮）及宏觀雙裂隙巖樣（單軸壓縮）裂隙擴展數(shù)值試驗研究。本文主要研究工作和成果如下：
　　①根據(jù)巖體裂隙擴展規(guī)律和經(jīng)典應(yīng)力強度因子計算模型，總結(jié)了三種微裂紋擴展模式（固定方向擴展模式、直線翼裂紋擴展模式、曲線翼裂紋擴展模式），結(jié)合最大拉應(yīng)力準則、亞臨界裂紋擴展等理論建立了微裂紋時效擴展模型。利用VS2008實現(xiàn)了FLAC自定義模型的程序化，通過

3、生成了.DLL文件，在FLAC中配置調(diào)用這些.DLL文件實現(xiàn)了巖體多尺度裂隙時效擴展演化數(shù)值模擬。
　　②完整巖石巖樣三種微裂紋擴展模式下裂隙擴展形式有較大差異，單軸壓縮下固定方向擴展模式巖樣裂隙表現(xiàn)為劈裂破壞和斜剪破壞（與微裂紋傾角分布有關(guān)）、直線翼裂紋擴展模式大致上都是劈裂破壞、曲線翼裂紋擴展模式裂隙擴展更類似剪切破壞；雙軸壓縮下三種擴展模式都表現(xiàn)為斜剪破壞，但具體的擴展路徑不同；單軸拉伸下裂隙擴展的方向都與拉荷載方向正交，但

4、具體的擴展路徑也不同。數(shù)值試驗的結(jié)果與相應(yīng)室內(nèi)試驗的結(jié)果有較高的相似性，也就證實了本文的數(shù)值試驗方法是可行的。通過將三種微裂紋擴展模式下的裂隙擴展情況與室內(nèi)試驗對比可得到壓縮荷載作用下兩種翼裂紋擴展模式更適用，而拉伸荷載作用下固定方向擴展模式模擬的結(jié)果更好。另外，由數(shù)值試驗結(jié)果可知單元微裂紋傾角分布對不同擴展模式的影響不同。
　?、刍趩屋S和雙軸壓縮數(shù)值試驗，揭示了宏觀裂隙傾角變化對單裂隙巖樣承載能力的影響。宏觀裂隙傾角越大，巖樣

5、的承載能力越高，具體表現(xiàn)在裂隙的起裂和擴展時間都更長。不同微裂紋擴展模式的宏觀單裂隙巖樣數(shù)值試驗結(jié)果不同，單軸壓縮下固定方向擴展模式巖樣宏觀裂隙擴展為“X”形剪切裂紋擴展形式，而兩類翼裂紋擴展模式巖樣宏觀裂隙擴展為翼裂紋擴展形式，與室內(nèi)試驗結(jié)果最相似的是直線翼裂紋擴展模式；雙軸壓縮下三種擴展模式巖樣宏觀裂隙擴展形式都是次生裂紋，與室內(nèi)試驗結(jié)果最行進的也是直線翼裂紋擴展模式，可見直線翼裂紋擴展模式最適用于宏觀單裂隙巖樣的數(shù)值試驗研究。