基于3D打印和FDEM算法的层状岩体力学特性研究

为探究层状岩体的强度和变形破坏特征随层理倾角和试样尺寸等因素的变化规律,利用粉末黏结成型3D打印技术制作涵盖多种倾角和尺寸的层理试样,并开展单轴压缩和巴西劈裂试验,利用有限元-离散元耦合算法(FDEM)对室内试验结果进行验证。研究结果表明:(1)抗压强度、弹性模量和变形模量随层理倾角呈“U”型变化,倾角90°试样的测试结果明显大于其他角度的;抗拉强度与层理倾角呈负相关关系,倾角0°试样的抗拉强度明显小于均质试样。(2)单轴压缩试样呈现张拉主导型(0°和90°)和剪切主导型破坏(5°和67.5°);随着层理倾角的逐渐增大,试样逐渐由延性破坏过渡到脆性破坏;巴西劈裂试样均呈现张拉破坏,裂隙走向呈直线型(0°和90°)和弧线型(45°)。(3)随着试样尺寸的逐渐增大,抗压强度逐渐趋于稳定,峰值应变逐渐减小并稳定在0.005左右;抗拉强度随试样尺寸呈倒“U”型变化,弹性模量和变形模量随试样尺寸在2.1 GPa附近波动,三者均未呈现稳定趋势。