李守巨,李 德,武 力,曹丽娟

(1.大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室,辽宁大连 116024;2.大连交通大学机械工程学院,辽宁大连 116028;3.大连海洋大学机械与动力工程学院,辽宁大连 116023)

非均质岩石单轴压缩试验破坏过程细观模拟及分形特性

李守巨1,李 德1,武 力2,曹丽娟3

(1.大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室,辽宁大连 116024;2.大连交通大学机械工程学院,辽宁大连 116028;3.大连海洋大学机械与动力工程学院,辽宁大连 116023)

为了细观模拟非均质岩石试样单轴压缩试验的破坏过程,提出了一种新的有限元数值模拟方法。该方法以莫尔-库仑破坏准则为基础,将岩石视为非均质和准脆性材料,并假定岩石单元的抗剪强度参数服从正态分布。有限元细观模拟结果表明,岩样非均质性对本构关系曲线形状有显著影响,模拟的应力-应变曲线与试验曲线基本吻合。基于分形几何理论,采用计盒维数方法计算单轴压缩试验不同荷载条件下的岩石破坏分形维数,建立了分形维数与顶部位移之间的非线性演化模型。分形分析研究表明,岩石试样的破坏过程具有分形特性,分形维数可用来定量地表征单轴压缩试验岩样破坏过程。

非均质岩石;单轴压缩试验;分形特性;有限元;莫尔-库仑准则;计盒维数

Key words:inhomogeneous rock;uniaxial compression test;fractal characteristics;finite element method;Mohr-Coulomb fracture criterion;box-counting dimension

岩石是由多种矿物组成的非均质体,含有大量的节理和裂隙,从微观和细观的角度来衡量,岩石具有非均质性、各向异性和不连续性等特性。研究表明,在单轴压缩情况下,岩石试样的破坏过程是随分布强度参数的岩石颗粒的刚度逐渐劣化的结果。……