模拟岩石破裂过程的块体单元离散弹簧模型

摘要：

　　在变形体离散元的基础上建立块体单元离散弹簧模型，并应用于岩石破裂过程的数值模拟研究。该模型以连续介质力学理论为基础，将块体单元离散为具有明确物理意义的弹簧系统，通过对弹簧系统的能量泛函求变分获得各弹簧的刚度系数，进而可以直接利用弹簧刚度求解单元的变形和应力，提高计算效率。以重力作用下的岩质边坡计算为例，通过与传统的有限元进行对比，验证该模型弹性计算结果的正确性。在该基础上，引入 Mohr-Coulomb 与最大拉应力的复合破坏准则，判断单元的破坏状态及破裂方向。当单元的内部破坏面确定后，则通过块体切割的方式实现单元破坏，并建立单元边界和单元内部的双重破裂机制，实现块体由连续到非连续的破裂过程，进而显示的模拟裂纹的形成和扩展。最后，以巴西圆盘劈裂、单轴压缩破裂以及三点弯曲梁等典型算例验证该方法，结果表明该方法可以较好地模拟拉伸、压剪等应力状态下裂纹的形成和扩展，从而可模拟岩石介质由连续到非连续的破裂过程。

关键词：岩石力学、离散弹簧、单元破裂、裂纹扩展

分类号：TU452(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家重点基础研究发展计划973项目资助No.2010CB731506；国家自然科学基金重点项目资助No.10632100。

在线出版日期：2013-08-27（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：2355-2362