岩石破裂与渗流耦合过程细观力学模型.pdfVIP

第 26卷 第 3期 固 体 力 学 学 报 Vo l. 26 No. 3 2005年 9 月 ACTA M ECHAN ICA SOL IDA SIN ICA Sep tember 2005 岩石破裂与渗流耦合过程细观力学模型 1 1 2 1 1 1 3 杨天鸿 　屠晓利 　於 　斌 　张永彬 　李连崇 　唐春安 　谭国焕 ( 1东北大学岩石破裂与失稳研究中心 ,沈阳 , 110006) (2 抚顺职业技术学院 ,抚顺 , 11300 1) 　　( 3 香港大学土木工程系 ,香港 ) 摘 　要 　从岩石细观非均匀性的特点出发 ,应用弹性损伤力学 、B iot渗流力学理论 ,对岩石破裂过程渗流 应 力 损伤耦合模型进行了描述. 算例表明 ,该模型能较好的模拟出岩石材料在水压和载荷作用下裂纹扩展路径不规 则发展及稳态 、瞬态渗流过程 ,裂纹扩展对渗流路径和流动过程起到明显的控制作用. 关键词 　细观力学 ,破裂与渗流耦合 ,数值模拟 0　引言 为 ,就有可能把内部损伤变量和裂纹发展的微结构 岩石作为一种由多种矿物晶粒 、胶结物和孔隙、 机理相联系. Shao等 [ 10 ] 更深入的讨论了这些模型. 裂隙缺陷等组成的非均质材料 ,它在渗流与应力相 本文建立一种描述非均匀岩石渗流破坏耦合作 互作用下的破坏行为是以裂纹与孔隙缺陷结构相互 用的细观力学模型及数值方法 ,试图能够从细观力 作用过程中的萌生 、扩展和贯通为主要表现形式的. 学的更高层次上解释宏观工程岩体渗流 应力耦合 在以往的岩体渗流研究中多侧重裂隙网络中的渗流 作用下的破坏 、失稳行为. 研究[ 1～3 ] ,对于岩石不连续裂纹扩展 、贯通过程中渗 1　数值模拟系统简介 流问题的研究缺乏深入的认识和相应的数值模拟分 1. 1　渗流 应力耦合模型的基本方程 析方法. 对渗流中流固耦合问题 ,基本方程 [ 11 ] 为 研究岩石类材料断裂破坏的主要数值方法一般 　　平衡方程 基于断裂力学 、损伤力学理论 [ 4 ～5 ] ,断裂力学数值模 σ ( ) ( ) - ij, j + Fi = 0　 i, j = 1, 2, 3 1 型方法假设材料是连续的 ,预测裂纹萌生的基础在 　　几何方程 于将计算出的应力强度因子与岩石的断裂韧度作比 1 ε = ( u + u ) (2) 较. 它的缺点是不能预测裂纹的萌生 , 同时对于某些 ij 2 i, j j, i (