留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

含缺陷岩样三轴压缩变形破坏过程颗粒流模拟

王浩然 王志亮 王星辰

王浩然,王志亮,王星辰. 含缺陷岩样三轴压缩变形破坏过程颗粒流模拟[J]. 水利水运工程学报,2021(4):46-53. doi:  10.12170/20200912001
引用本文: 王浩然,王志亮,王星辰. 含缺陷岩样三轴压缩变形破坏过程颗粒流模拟[J]. 水利水运工程学报,2021(4):46-53. doi:  10.12170/20200912001
(WANG Haoran, WANG Zhiliang, WANG Xingchen. Particle flow simulation of deformation and failure process of defective rock samples under triaxial compression[J]. Hydro-Science and Engineering, 2021(4): 46-53. (in Chinese)) doi:  10.12170/20200912001
Citation: (WANG Haoran, WANG Zhiliang, WANG Xingchen. Particle flow simulation of deformation and failure process of defective rock samples under triaxial compression[J]. Hydro-Science and Engineering, 2021(4): 46-53. (in Chinese)) doi:  10.12170/20200912001

含缺陷岩样三轴压缩变形破坏过程颗粒流模拟

doi: 10.12170/20200912001
基金项目: 国家自然科学基金雅砻江联合基金资助项目(U1965101);国家自然科学基金资助项目(51579062)
详细信息
    作者简介:

    王浩然(1997—),男,安徽阜阳人,硕士研究生,主要从事岩石力学特性研究。E-mail:whr_frank@163.com

    通讯作者:

    王志亮(E-mail:cvewzL@hfut.edu.cn

  • 中图分类号: TU45

Particle flow simulation of deformation and failure process of defective rock samples under triaxial compression

  • 摘要: 为了研究岩桥倾角α对岩石力学行为和裂纹扩展机制的影响,采用PFC3D程序中的颗粒平行黏结模型,通过“试错法”获得一组能够反映完整花岗岩宏观力学特性的细观参数,并建立不同α下微孔洞与平行裂隙①、②组合的数值模型,对三轴压缩中岩样变形破坏过程进行了模拟分析。结果表明:α对起裂强度与峰值强度的比值未见显著的影响;当α=0°和75°时,裂纹扩展模式相似,裂隙①、②内外尖端均产生翼型裂纹,随后与微孔洞贯通;当α=15°、30°和90°时,裂纹的扩展模式比较接近,裂隙①、②内外尖端也可见翼型裂纹;当α=45°、60°时,裂纹呈类似方式扩展,裂隙①、②与微孔洞之间在剪切面上出现裂纹贯通,且在裂隙①、②外尖端有剪切裂纹,此时平行裂隙和微孔洞在剪切面上;剪切裂纹远多于拉伸裂纹,且微裂纹是从初始损伤部位开始扩展的。
  • 图  1  数值模型

    Figure  1.  Numerical model

    图  2  数值结果与试验结果对比

    Figure  2.  Comparison between numerical and experimental results

    图  3  预制平行裂隙微孔洞试样几何参数(α=30°)

    Figure  3.  Geometric parameters of the prefabricated parallel fissures and micro-void specimen (α=30°)

    图  4  轴向应变与偏应力、微裂纹数目的关系

    Figure  4.  Relationship between axial strain, deviatoric stress and the number of micro-cracks

    图  5  三轴压缩下预制缺陷岩样的裂纹贯通过程

    Figure  5.  Crack penetration process of prefabricated defective rock specimens under triaxial compression

    图  6  岩桥倾角对弹性模量和泊松比的影响

    Figure  6.  Influences of rock bridge angle on elastic modulus and Poisson's ratio

    图  7  岩桥倾角对峰值强度和起裂强度的影响

    Figure  7.  Influences of rock bridge angle on peak strength and initiation strength

    图  8  测量球分布及坐标转换示意

    Figure  8.  Schematic diagram of measuring ball distribution and coordinate conversion

    图  9  轴向应变与偏应力、体应变、裂隙和微孔洞测量球内法向和切向应力间关系

    Figure  9.  Relationships between axial strain and deviatoric stress, volumetric strain, normal and tangential stress of fissures and micro-void in the measuring ball

    表  1  华山花岗岩的细观参数标定值

    Table  1.   Calibration values of micro-parameters of Huashan granite

    细观参数ρ/(kg·m−3)Rmin/mmRmax/mmμ$\bar \phi $/°$\bar c $/MPa${\bar \sigma _c} $/MPa$\bar k$*$\bar E$*/GPak*E*/GPa
    标定值 2600 0.9 1.35 0.3 35 47 80 4 25 1.5 55
    下载: 导出CSV
  • [1] 沈明荣, 陈建峰. 岩体力学[M]. 2版. 上海: 同济大学出版社, 2015.

    SHEN Mingrong, CHEN Jianfeng. Rockmass mechanics[M]. 2nd ed. Shanghai: Tongji University Press, 2006. (in Chinese)
    [2] 蔡美峰. 岩石力学与工程[M]. 2版. 北京: 科学出版社, 2013.

    CAI Meifeng. Rock mechanics and engineering[M]. 2nd ed. Beijing: Science Press, 2013. (in Chinese)
    [3] 杨圣奇, 黄彦华, 刘相如. 断续双裂隙岩石抗拉强度与裂纹扩展颗粒流分析[J]. 中国矿业大学学报,2014,43(2):220-226. (YANG Shengqi, HUANG Yanhua, LIU Xiangru. Particle flowanalysis on tensile strength and crack coalescence behavior of brittle rock containing two pre-existing fissures[J]. Journal of China University of Mining & Technology, 2014, 43(2): 220-226. (in Chinese)
    [4] 黄彦华, 杨圣奇. 非共面双裂隙红砂岩宏细观力学行为颗粒流模拟[J]. 岩石力学与工程学报,2014,33(8):1644-1653. (HUANG Yanhua, YANG Shengqi. Particle flow simulation of macro- and meso-mechanical behavior of red sandstone containing two pre-existing non-coplanar fissures[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2014, 33(8): 1644-1653. (in Chinese)
    [5] 范祥, 曹平. 基于PFC3D单轴压缩下含2条裂隙试样力学行为的数值分析[J]. 中南大学学报(自然科学版),2015,46(7):2635-2642. (FAN Xiang, CAO Ping. Numerical analysis of mechanical behavior of rock sample with two flaws under uniaxial compressive loading based on PFC3D[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2015, 46(7): 2635-2642. (in Chinese) doi:  10.11817/j.issn.1672-7207.2015.07.034
    [6] HUANG Y H, YANG S Q, ZHAO J. Three-dimensional numerical simulation on triaxial failure mechanical behavior of rock-like specimen containing two unparallel fissures[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering, 2016, 49(12): 4711-4729. doi:  10.1007/s00603-016-1081-2
    [7] 黄达, 岑夺丰, 黄润秋. 单裂隙砂岩单轴压缩的中等应变率效应颗粒流模拟[J]. 岩土力学,2013,34(2):535-545. (HUANG Da, CEN Duofeng, HUANG Runqiu. Influence of medium strain rate on sandstone with a single pre-crack under uniaxial compression using PFC simulation[J]. Rock and Soil Mechanics, 2013, 34(2): 535-545. (in Chinese)
    [8] CASTRO-FILGUEIRA U, ALEJANO L R, IVARS D M. Particle flow code simulation of intact and fissured granitic rock samples[J]. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2020, 12(5): 960-974. doi:  10.1016/j.jrmge.2020.01.005
    [9] FENG P, DAI F, LIU Y, et al. Effects of strain rate on the mechanical and fracturing behaviors of rock-like specimens containing two unparallel fissures under uniaxial compression[J]. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2018, 110: 195-211. doi:  10.1016/j.soildyn.2018.03.026
    [10] YANG S Q, TIAN W L, HUANG Y H. Failure mechanical behavior of pre-holed granite specimens after elevated temperature treatment by particle flow code[J]. Geothermics, 2018, 72(5): 124-137.
    [11] WU T H, GAO Y T, ZHOU Y, et al. Experimental and numerical study on the interaction between holes and fissures in rock-like materials under uniaxial compression[J]. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 2020, 106: 102488. doi:  10.1016/j.tafmec.2020.102488
    [12] MIAO S T, PAN P Z, WU Z H, et al. Fracture analysis of sandstone with a single filled flaw under uniaxial compression[J]. Engineering Fracture Mechanics, 2018, 204: 319-343. doi:  10.1016/j.engfracmech.2018.10.009
    [13] LEE H, JEON S. An experimental and numerical study of fracture coalescence in pre-cracked specimens under uniaxial compression[J]. International Journal of Solids and Structures, 2011, 48(6): 979-999. doi:  10.1016/j.ijsolstr.2010.12.001
    [14] 石崇, 张强, 王盛年. 颗粒流(PFC5.0)数值模拟技术及应用[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2018.

    SHI Chong, ZHANG Qiang, WANG Shengnian. Numerical simulation technology and application with particle flow code (PFC 5.0)[M]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2018. (in Chinese)
    [15] 姚吉康, 王志亮. 华山花岗岩力学特性及能量演化规律研究[J]. 水利水运工程学报,2018(3):78-85. (YAO Jikang, WANG Zhiliang. Study on mechanical property and energy evolution law of Huashan granite[J]. Hydro-Science and Engineering, 2018(3): 78-85. (in Chinese)
    [16] POTYONDY D O, CUNDALL P A. A bonded-particle model for rock[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2004, 41(8): 1329-1364. doi:  10.1016/j.ijrmms.2004.09.011
    [17] 徐芝纶. 弹性力学[M]. 5版. 北京: 高等教育出版社, 2016.

    XU Zhilun. Elasticity[M]. 5th ed. Beijing: Higher Education Press, 2016. (in Chinese)
  • [1] 甘磊, 冯先伟, 沈振中.  盐冻作用下水工混凝土强度演化模型 . 水利水运工程学报, 2022, (4): 131-139. doi: 10.12170/20210725001
    [2] 詹懿德, 汪发祥, 佘恬钰, 沈佳轶, 吕庆.  考虑围压效应的块状节理岩体变形破坏数值模拟 . 水利水运工程学报, 2022, (4): 70-76. doi: 10.12170/20211220002
    [3] 周舟, 曾诚, 周婕, 王玲玲, 丁少伟.  等宽明渠交汇口流速分布特性数值模拟 . 水利水运工程学报, 2020, (1): 32-39. doi: 10.12170/20190501005
    [4] 钱亚俊, 武颖利, 裴伟伟, 朱玥妍.  不同卸荷速率下岩石强度变形特性 . 水利水运工程学报, 2020, (6): 48-54. doi: 10.12170/20200428001
    [5] 黄佑鹏, 王志亮, 毕程程.  岩石爆破损伤范围及损伤分布特征模拟分析 . 水利水运工程学报, 2018, (5): 95-102. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.05.014
    [6] 祝龙, 周冬卉, 李云, 宣国祥, 王晓刚.  土坝溃决跌坎水流水动力特性数值模拟 . 水利水运工程学报, 2017, (5): 1-8. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.05.001
    [7] 郦凯, 章卫胜, 王金华.  江苏沿海潮流数值模拟与潮流能估算 . 水利水运工程学报, 2017, (1): 111-117. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.01.015
    [8] 周志敏, 徐群, 雷蕾.  瓯江口滞流点运动规律数值模拟 . 水利水运工程学报, 2016, (1): 116-121.
    [9] 武昕竹, 柳淑学, 李金宣.  聚焦波浪与直立圆柱作用的数值模拟 . 水利水运工程学报, 2015, (6): 31-39.
    [10] 王敏, 程文, 施练东, 黄晶, 闵亮, 郑建刚.  汤浦水库泥沙冲淤分布数值模拟 . 水利水运工程学报, 2015, (6): 107-111.
    [11] 邓成进, 袁秋霜, 侯延华, 贾巍.  基于FLUENT的库区涌浪数值模拟 . 水利水运工程学报, 2014, (3): 84-91.
    [12] 高江林, 陈云翔.  基于渗流与应力耦合的防渗墙与坝体相互作用的数值模拟 . 水利水运工程学报, 2013, (2): 58-63.
    [13] 陈策.  泰州大桥中塔沉井振动数值模拟 . 水利水运工程学报, 2012, (2): 1-7.
    [14] 陈辉,刘志雄,江耀祖.  引航道通航水流条件数值模拟 . 水利水运工程学报, 2012, (4): 13-18.
    [15] 马理强,常建忠,刘谋斌,刘汉涛.  基于SPH方法的溃坝流动数值模拟 . 水利水运工程学报, 2010, (3): -.
    [16] 刘汉涛,常建忠,安康.  基于SPH的自由表面流动数值模拟 . 水利水运工程学报, 2009, (1): -.
    [17] 莫思平,辛文杰,应强.  广州港深水出海航道伶仃航段回淤规律分析 . 水利水运工程学报, 2008, (1): 42-46.
    [18] 潘存鸿,鲁海燕,曾剑.  钱塘江涌潮特性及其数值模拟 . 水利水运工程学报, 2008, (2): -.
    [19] 何杰,辛文杰.  潮汐河口汊道治理的数值模拟 . 水利水运工程学报, 2008, (1): 61-66.
    [20] 陈为博,杨敏.  用VOF方法数值模拟溢流堰流场 . 水利水运工程学报, 2004, (4): 42-45.
  • 加载中
图(9) / 表 (1)
计量
  • 文章访问数:  180
  • HTML全文浏览量:  40
  • PDF下载量:  18
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-09-12
  • 网络出版日期:  2021-06-22
  • 刊出日期:  2021-08-15

/

返回文章
返回