基于CZM-FDEM方法模拟破碎岩石的微观断裂特征
Qianjin Zou1, Haigang Li2,3,4,5, Yu Zheng1,6,7
1School of Resources and Environmental Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou, 341000, China.
Scientific reports
|March 27, 2025
概括
本研究使用凝聚性区域模型-有限元素方法 (CZM-FEM) 研究裂纹岩石中的微观断裂机制. 该模型准确地模拟了岩石断裂,揭示了X形损伤模式和裂倾斜度对结构强度的影响.
科学领域:
- 地质技术工程 地质技术工程
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 计算力学 计算力学 计算力学
背景情况:
- 裂纹岩石中的宏观破裂通常是由微观结构损伤引起的.
- 了解微观破裂机制对于预测岩石破裂至关重要.
研究的目的:
- 为了研究破裂岩石的微观断裂机制.
- 建立和验证岩石断裂模拟的数值模型.
主要方法:
- 使用凝聚性区域模型-有限元素方法 (CZM-FEM) 开发了裂纹岩石模型.
- 嵌入了凝聚性元素来模拟粒子相互作用和裂传播.
- 引入了一个损伤变量 (D) 来描述微观损伤的演变.
主要成果:
- 数字模型的结果与压力-应变曲线和强度的室内测试数据密切匹配.
- 该模型在模拟裂延伸和岩石断裂方面表现出很高的准确性.
- 在微观结构层面观察到X形联骨折模式.
- 发现裂纹倾向会改变应力场和断裂路径.
- 微观凝聚性元素断裂与宏观岩石强度有很强的相关性.
结论:
- 在模拟岩石断裂方面,CZM-FEM方法适用且有效.
- 微观结构损伤显著影响宏观岩石的破裂.
- 裂隙倾斜是影响岩石结构承载能力的关键因素.
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