均质度对脆岩压缩破坏及裂纹扩展的影响规律

发布时间：2024-06-29 23:05

　　为研究均质度对脆性岩石单轴压缩力学特性、破裂特征及裂纹扩展的影响规律,应用离散元UDEC软件建立了Voronoi块体集数值试件,借助FISH语言及Weibull分布函数实现了块体弹性模量及块体接触面抗拉强度的非均匀分布,开展了不同均质度系数下脆性花岗岩的单轴压缩模拟试验.结果表明:试件的抗压强度、弹性模量均随均质度系数增大而增大,而破坏前变形量则随均质度系数增大而减小,并都趋于稳定;试件宏观破裂形态呈X形共轭斜面剪破坏,细观破坏类型包括晶粒间及晶粒内部的拉、剪破坏;应力峰值前试件以拉破坏裂纹扩展为主,峰值后以剪破坏裂纹扩展为主;均质度系数越小,裂纹扩展及分布越分散,裂纹累计长度也越小,但在轴向应变小于0.2%时,拉破坏裂纹长度与均质度系数变化成反比,说明非均质程度较高的试件在压缩初期已开始出现拉破坏裂纹的扩展;此外,均质度系数为6.0的试件与均质试件的力学特性及裂纹扩展已较为接近,故在采用Weibull分布来描述岩石的非均质性时,均质度系数的取值不应过大.

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

图1块体模型及接触参数[21]

通用离散元软件UDEC(UniversalDistinctElementCode）常用来模拟非连续介质材料的受力变形及破坏特征，尤其适合模拟含缺陷（节理、裂隙）岩石或非连续块体群岩体模型在静、动力荷载条件下的力学响应．UDEC中块体间的接触破坏原理见图1（块体接触参数）和图....

图2离散块体接触本构模型[21]

模型块体之间遵循库仑摩擦定律，接触面之间存在着一个极限抗拉强度值，当接触面上的拉应力超过该值时，接触面发生拉破坏；当块体接触面上的剪应力超过它的剪切强度时，出现剪破坏．1.2Voronoi多边形块体群数值模型

图3Voronoi块体群数值试件[21]

Voronoi是UDEC软件里对完整模型块体进行细化分割的一种逻辑方法，应用该方法可将完整的模型区域划分成由不规则多边形组成的颗粒集合，进而来模拟真实岩石中所包含的矿物颗粒形状．本文所构建的数值试件尺寸为宽50mm、高100mm、Voronoi块体群的平均边长为2mm（块体平....

图4不同均质度系数下岩石弹性模量的Weibull分布密度

式（1）可反映组成岩石细观颗粒的强度随均质度系数m变化的分布规律．m较小时，矿物颗粒单元的力学性质分布较离散，非均匀程度较高；m较大时，矿物颗粒的力学性质分布较为集中，表明岩石材料的力学性质分布较为集中，均匀程度较好．应用Matlab对式（1）绘图，得到不同均质度系数条件下岩石细....

本文编号：3998026