長方形花崗巖平板單軸壓縮實驗的數(shù)值模擬

1、長方形花崗巖平板單軸壓縮實驗的數(shù)值模擬論文導(dǎo)讀：確定巖石損傷張量，并對有效應(yīng)力進行對稱化，從而得出節(jié)理損傷巖體的本構(gòu)關(guān)系。借鑒彈塑性漸進退化方法的思想,在有限元方程中實現(xiàn)彈塑性和損傷耦合， 數(shù)值模擬長方體花崗巖單軸壓縮實驗的破壞過程，模擬的較好。關(guān)鍵詞：損傷張量，有限元，數(shù)值模擬0. 引言巖石屬于典型的準脆性材料，其內(nèi)部存在空洞、裂紋、晶粒、膠結(jié)等細觀結(jié)構(gòu)，損傷力學(xué)從巖石內(nèi)部的節(jié)理、裂隙著手，分析其各向異性，為解決節(jié)理巖體損傷破壞機理的研究提供新思路。巖石損傷的數(shù)值研究常采用有限元法、離散元法、邊界元法、拉格朗日法等數(shù)值計算方法?，F(xiàn)今已有很多學(xué)者致力于這方面的研究，并取得一定的成果17，本文用

2、有限元方法來研究巖石漸進損傷破壞過程，并對長方體花崗巖平板單軸壓縮實驗過程進行模擬。1.巖石損傷張量假設(shè)巖石損傷裂隙平面形狀為多邊形，破壞的單元是空間六面體，破壞形式是沿六面體的一個四邊形破壞斷面，則損傷張量為：8(1)其中表示張量并乘， 為損傷面在j軸方向的單位矢量，為損傷面積比，假設(shè)此種損傷形式是沿著損傷面貫通整個截面，則此時的。發(fā)表論文。有效應(yīng)力形式： (2)稱為損傷變量，這是目前通用有效應(yīng)力的表現(xiàn)形式。有效應(yīng)力的矩陣對稱化公式為： （3） 2.有限元程序有限單元法能方便地處理各種非線性問題，本文采用彈脆塑性損傷的程序流程。先是應(yīng)用了一般彈塑性的有限元計算方法進行彈塑性有限元計算部分，計

3、算出單元的應(yīng)力增量，之后主要是用初應(yīng)力的方法進行增量迭代的計算，得出的有效應(yīng)力用Tresca準則和Mohr-Coulomb準則對單元進行破壞判斷，得出的損傷部分的引起的荷載和位移，最后和彈塑性部分進行迭加.3.長方形花崗巖平板單軸壓縮實驗的數(shù)值模擬試件是有孔的長方形花崗巖平板，試件大?。?0153mm 。模擬模型的基本參數(shù)：選用模型是：3015的長方形，中間有直徑是3mm圓孔。考慮圓孔周圍的應(yīng)力集中問題，模型劃分為1200個單元。發(fā)表論文。彈性模量：68GPa ，泊松比：0.24 ，粘聚力：31MPa，內(nèi)摩擦角：，單軸拉伸強度：20MPa ， 均質(zhì)度系數(shù)：m6.0。整個加載過程采用的是位移控制

4、的加載方式，模擬實驗機的工作方式。加載總步數(shù)40步，每步的加載位移是0.0005。發(fā)表論文。圖1加載第25步時的模擬圖圖2 加載第30步時的模擬圖圖3 加載第40步時的模擬圖在模擬長方體花崗巖實驗時，采用的是位移控制的加載方式，共加載40步，從整個加載過程可以看出，當加載進行到第25步時開始出現(xiàn)裂紋，模型是沿著圓孔周圍最先破壞的，隨著加載步數(shù)的增加，裂紋沿著與加載平行的方向在孔邊向兩邊逐步增大，最后貫通界面破壞， 模擬的圖像與實驗圖像相對比較，整體裂紋的方向、大小相差不大，基本上模擬了實驗的情況。4.結(jié)語根據(jù)模擬的圖像可以看出，模擬的圖像和得出的軸向荷載位移曲線基本反映了模型破壞的形式、裂紋方

5、向，滿足模擬破壞過程的要求，從而驗證了所編的二維彈塑性損傷程序的可行性?！緟⒖嘉墨I】1黃國明，黃潤秋.，巖石彈塑性損傷耦合本構(gòu)模型西安礦業(yè)學(xué)院學(xué)報，1996，16.2殷有泉. 考慮損傷的節(jié)理本構(gòu)模型. 工程地質(zhì)學(xué)報，1994，2（4）：16.3周輝等. 巖體破壞演化的物理細胞自動機(PCA)()模擬例證. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報， 2002，21（6）：782786.4D R Rehak, J W Baugh. Alternative ProgrammingTechniques for Finite Element Program Development. Proc., IABSE Colloquium onExpert Systems in Civil Engineering, Bergamo, Italy, 1989 ，12（5）：2531.5王芝銀, 李云鵬. 巖石力學(xué)數(shù)值分析進展與思考. 巖石力學(xué)理論與工程實踐，1992，12 (3)：5865.6張會銀等. 基于損傷力學(xué)的巖石