基于改进接触模型的类岩石材料裂纹扩展分析

为了探究复杂应力状态下岩体内缺陷(裂隙)的扩展与贯通机理,基于三维离散元软件(PFC3D)和改进的平行黏结模型(IPBM),模拟了双轴压缩试验中含双预制裂纹类岩石材料的裂纹扩展过程。通过逼近实验试件抗压强度、抗拉强度和弹性模量的宏观力学参数和裂纹扩展模式,调整数值模型微观参数。针对离散元模拟中的关键预制裂隙参数与围压对裂纹萌生、扩展及贯通过程的影响进行详尽的分析,结果表明:初始裂纹通常为拉伸裂纹,而次生裂纹通常为剪切裂纹,裂隙倾角主要影响初始裂纹位置;围压抑制初始裂纹,但促进次生裂纹发展;预制裂隙间的贯通裂纹与裂隙的参数和围压密切相关;围压σc>0 MPa时,观察到两种新的剪切贯通类型(New1和New2);数值试样中微裂纹的数量主要受围压影响,与裂隙参数无明显关联;试样的裂纹起始应力、峰值应力与围压和裂隙倾角相关,与岩桥长度和岩桥倾角无关;裂纹的扩展与试样内应力分布密切相关,裂纹最先在裂隙周围的应力集中区产生。结果为后续岩石与类岩石材料的离散元模型参数校准,以及基于离散元的裂纹扩展机理研究提供了可靠参考。