非均质岩石动态断裂损伤细观特征模拟分析

为从矿物晶质尺度研究非均质岩石动态断裂损伤的细观发展过程,采用颗粒流程序-等效晶质模型构建能够反映微观结构特征的非均质岩石模型,同时利用有限差分法FLAC2D和离散元法PFC2D建立耦合分离式霍普金森压杆系统,对不同冲击载荷下非均质岩石的动态冲击破坏过程进行模拟分析。通过自编Fish语言,对动态破坏过程中矿物的晶内及晶间微裂纹进行细化分组及数量统计,从细观发展的角度剖析非均质岩石的动态断裂损伤演化过程。结果表明:在静态单轴压缩条件下,沿晶破坏是主导非均质岩石破坏的重要原因,晶间裂纹和穿晶裂纹逐步贯通,最终使试样展现出宏观的破坏模式;在动态冲击条件下,各矿物晶内及晶间的微裂纹增长过程均存在萌生期、快速增长期、缓慢增长期和停止增长期4个阶段;与静态单轴压缩条件下微裂纹数的增长模式相似,动态破坏初期晶间裂纹数明显高于晶内裂纹数,岩石主要发生沿晶损伤破坏,随着加载的进行和岩石破坏程度的提升,动态破坏的晶内裂纹数逐渐超过晶间裂纹数。此外,模拟中不同冲击载荷下峰值应变率与对应的峰值载荷以及动态峰值强度与对应的峰值载荷均表现出良好的线性关系,为快速确定岩石相关动态力学参数提供了简便的方法。

不同不耦合系数下花岗岩爆破损伤特性的离散元模拟

为研究径向装药不耦合系数对花岗岩爆破损伤程度的影响,在考虑爆炸冲击波和爆生气体共同作用的基础上,提出了一种"动"、"静"荷载混合施加的PFC爆破模拟方法,采用该方法分别进行了6种不耦合系数下花岗岩爆破过程的数值模拟。模拟结果显示,随着装药不耦合系数的增大,花岗岩爆破损伤程度先增强后减弱。耦合装药下,爆生裂纹数量为9367;不耦合系数为1.2时,裂纹数量增加至最多,为24975;不耦合系数为2.0时,裂纹数量减少为292。对比耦合装药和不耦合系数为1.4时的花岗岩损伤模式发现,爆生气体的准静态压力对爆生裂纹的扩展具有重要作用。根据不同不耦合系数下的爆生裂纹数量,建立了不耦合系数大于或等于1.2时的岩石爆破损伤程度预测模型,拟合度达0.9808。该预测模型对爆破施工设计等工作具有一定的参考意义。