扩展有限元法在岩石断裂力学中的应用

摘要：

岩石裂纹的扩展是一个经典的不连续问题，常规有限元方法难以实现裂纹扩展过程的仿真模拟。扩展有限元法（XFEM）实现了计算网格与不连续面相互独立，因此模拟移动的不连续面时无需对网格进行重新剖分。本文介绍了 XFEM基本原理和岩石断裂力学常用判据，尝试对岩石类材料单缝Ⅰ型三点弯曲、单缝剪切和双缝平板实验进行模拟。分析结果表明：扩展有限元模拟岩石类材料断裂问题不受网格划分限制，裂纹以实际应力场分布随机扩展；直观地给出岩样的微裂纹产生、演化，直至完全破坏的全过程，并与实验结果吻合。该方法能够应用到岩石断裂力学方面的研究，模拟岩石类材料的宏细观破坏过程，为解决复杂问题提供了方便的途径。

关键词：岩石断裂力学、扩展有限元、裂纹扩展、单元划分

分类号：TU45(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金项目41172270;战略性先导科技专项B 类XDB10050200;国家重点基础研究发展计划2010CB226802资助．

在线出版日期：2015-07-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：477-484