岩石直接拉伸破坏过程及分形特征的三维数值模拟的研究.pdfVIP

第 27 卷 第 7 期 岩石力学与工程学报 Vol.27 No.7 2008 年 7 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering July ，2008 岩石直接拉伸破坏过程及其分形特征的 三维数值模拟研究 1，2 2 2 1 1 梁正召 ，唐春安 ，张永彬 ，唐世斌 ，马天辉 (1. 大连理工大学 海岸与近海工程国家重点实验室，辽宁 大连 116024 ；2. 大连理工大学 岩石破裂与失稳研究中心，辽宁 大连 116024) 摘要：通过建立带有残余强度的弹脆性拉伸损伤细观力学模型，运用并行有限元计算手段，模拟不同均匀程度的 岩石试样在直接拉伸应力作用下的破坏演化过程，得到拉伸断裂位移–应力全过程曲线，并进行理论和试验对比 分析验证。通过分析非均匀性对拉伸过程中非线性力学行为及断裂破坏形态，最后讨论了拉伸断裂破坏的分形特 征。数值试验结果表明，非均匀程度对岩石直接拉伸破坏过程中的非线性行为有很重要的影响。岩石细观非均匀 程度越高，宏观表现出的直接拉伸强度和初始弹性模量越高，破坏的脆性程度越强，但是残余变形能力和残余强 度越低，断口表现出更为光滑的形态。三维空间的破坏分形分析表明，分形维数随着拉伸的进行而逐渐增加，当 岩石完全拉伸断裂之后分形维数增加到一个恒定的最大值，而分形维数的变化情况同样反映了岩石的非均匀程度 和脆性拉伸破坏程度。 关键词：数值模拟；直接拉伸；非均匀性；断裂形态；分形；并行计算；应力–应变全过程曲线 中图分类号：O 242 文献标识码：A 文章编号：1000 –6915(2008)07 –1402 –09 THREE-DIMENSIONAL NUMERICAL STUDY OF DIRECT TENSILE FRACTURE OF ROCK AND ASSOCIATED FRACTAL 1，2 2 2 1 1 LIANG Zhengzhao ，TANG Chun′an ，ZHANG Yongbin ，TANG Shinbin ，MA Tianhui (1. State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering ，Dalian University of Technology ，Dalian ，Liaoning 116024，China； 2. Research Center for Rock Instability and Seismicity ，Dalian University of Technology ，Dalian ，Liaoning 116024，China) Abstract ：A numerical mode is developed to simulate the completely failure process of rock subjected to direct tension with the aid of the parallel computing. The mechanical properties follow a certain distribution function ， including elastic modulus，Poisson ratio and peak tensile strength. When the maximum tensile stress in the eleme