考虑域扩展因子的结合面接触刚度分形模型及数值仿真

为了从分形的角度更加准确地研究结合面的接触刚度,基于M-B分形模型和赫兹理论,引入域扩展因子来表征分形维数,分别建立结合面法向和切向接触刚度分形模型。该模型综合考虑了载荷、分形维数以及材料参数等因素的影响。同时,通过数值仿真得到结合面接触刚度与各参数的变化趋势,结合面法向接触刚度与法向载荷的变化趋势相同,与分形特征和长度尺度系数相反,但与分形维数的变化趋势比较复杂,不再具有单调性;结合面切向接触刚度与上述参数引起的变化趋势与法向接触刚度的变化趋势相似。

结合面切向接触刚度分形模型建立与仿真

基于接触分形理论和微接触面积分布函数,建立了计及微接触面积分布的域扩展因子影响的结合面切向接触刚度分形模型,并通过数字仿真直观揭示了结合面切向接触刚度与结合面诸参数之间的非线性关系以及这些相关参数对切向接触刚度的影响规律。仿真研究结果表明,结合面切向接触刚度随着结合面法向载荷的增大而增大,随结合面切向载荷的增大而减小,随结合面分形特征长度尺度参数的增大而减小,但随结合面分形维数的变化规律比较复杂。

节理接触面对应力波传播影响的SHPB试验研究

为探讨岩体的节理接触面积对应力波传播规律的影响,采用分离式霍普金森压杆试验装置开展试验研究,分析不同接触面积比的节理的动态力学特性以及节理的接触面积几何分布对应力波传播特性的影响。人工切槽的岩块与完整岩块组合得到不同接触面积比的节理岩块作为试样。通过一系列的实验,得到以下的结论:节理的接触面积比、接触面积分布和冲头冲击速率不仅影响节理岩块的动态力学特性而且影响应力波的传播。应力波的透射系数与冲头冲击速率、节理面大小及相对密集度(即接触面分布离散和接触面分布紧凑)有关;当节理接触面的几何相对密集度一定时,应力波透射系数随着节理接触面积比的增大呈线性增长,且透射系数随冲头速率的增大而增大;此外,相对于节理接触面积小但分布离散的岩体,应力波通过接触面积大、分布紧凑的节理的衰减更为明显。