基于相关键元胞的岩石爆破断裂数值模拟

为研究爆破荷载作用下岩石动态断裂过程,采用相关键元胞(Correlated Lattice Bond Cell,CLBC)模型对岩石进行力学建模,提出了一种适用于岩石动态断裂过程的键势函数,该势函数同时反映了岩石的可压缩性、裂尖材料超弹性及弹脆性特征,发展了一种爆破荷载施加方法.结果表明:该方法能够再现爆破荷载作用下的动态裂纹扩展过程及其基本特征;地应力对爆生裂纹扩展方向具有较强的影响,裂纹总是倾向于沿最大地应力方向扩展;为爆破荷载作用下的岩石动态断裂模拟提供了一种简单可行的方法.

含浅层节理的岩体层裂数值模拟研究

冲击荷载作用下的岩体层裂是围岩屈曲失稳及岩爆的重要诱发因素。为研究围岩内部浅层节理对层裂行为的影响,采用相关键元胞力学模型(Correlated Lattice Bond CellCLBC)对此问题进行数值模拟研究。为了便于分析,以冲击荷载作用下不含节理的石梁层裂作为参考,将其层裂裂纹作为参考裂纹,层裂位置作为参考位置。相对于参考位置,分别在石梁中预设平行裂纹和斜裂纹组(相对于参考层裂裂纹),然后模拟相同荷载作用下的层裂行为。研究结果表明:浅层节理是否对岩体层裂产生影响取决于其相对参考层裂的位置和夹角。当平行节理位于参考层裂以内(远离自由面)时,平行节理对层裂没有影响;而当其处于参考层裂以外(近于自由面)时,应力波将其拉开、扩展,形成阶梯状层裂。对于斜节理组情形则更为复杂,但对于不同斜节理组其共同点都会在参考位置处产生层裂,并且表层岩石(层裂以外)都会被切割成块体沿斜节理方向弹出。当斜节理组位于参考位置以内时,斜节理发生扩展至自由面;当其位于参考位置以外时,只是在参考位置发生层裂;而当其跨越参考位置延伸至自由面时,在参考位置以内会产生平行于斜节理的衍生裂纹。该研究揭示了含浅层节理的岩体层裂规律,为分析围岩层裂行为提供了有意义参考,进而为进一步分析围岩屈曲失稳和岩爆提供必要的前提。