类岩材料多裂纹体断裂破坏试验及有限元分析

在伺服控制双轴加载系统下对预制的不同角度多裂纹水泥试件进行了单轴和双轴加载试验 ,其中的双轴加载采用两种不同的侧压。另外借助有限元计算得出了试件的全场应力 ,进而计算出试件中裂纹尖端的应力强度因子。试验和计算结果都表明 ,不同的裂纹角度对试件的断裂破坏强度有明显的影响 ,并对其原因进行了研究 。

多维虚内键模型(VMIB)及其在岩体数值模拟中的应用

多维虚内键模型(VMIB,virtual multi-dimensional internal bonds)是在虚内键(VIB,virtual internal bond)理论基础上发展起来的一个多尺度力学模型.VIB理论认为固体材料在微观尺度上由随机分布的材料微粒(material particle)组成,微粒之间由单一法向键连结;而VMIB模型则在原VIB模型单一法向键基础上又引入了切向键用以约束微粒点对之间的相对转动自由度.材料的宏观本构方程则由两种虚内键的刚度系数导出,并在理论上证明了微观两种虚内键的刚度系数与宏观材料常数之间存在一一对应关系,表明了在VMIB模型中增加切向键的充分性和必要性.由于材料的断裂准则直接嵌入到本构方程中,这使得VIB和VMIB模型在模拟材料断裂破坏方面有着较大的优越性.岩体由于受到分布裂纹的切割作用,宏观上表现为各向异性力学特征.在岩体损伤模型中,岩体裂纹的分布特征通常由损伤张量描述.岩体在某一方向上的相对刚度大小决定于该方向上损伤值的大小.在VMIB模型中,微观虚内键的空间分布密度决定着材料宏观各方向上相对刚度的大小,这与岩体损伤对岩体力学性能的影响是一致的.文中在损伤张量与虚内键分布密度之间建立了定量关系,将岩体等效为VMIB固体.理论与试验结果表明,这种等效的VMIB固体可以再现分布裂纹对岩体力学性能的影响,这为进一步应用VMIB模型对岩体破坏行为进行数值模拟奠定了基础,同时也为其他多裂纹体的数值计算提供一种新思路.