岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (10): 3465-3472.doi: 10.16285/j.rsm.2020.0077

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应力球量不变应力跌落方式下非均质岩样 破坏过程数值模拟

舒芹1,王学滨2,赵扬锋1,白雪元1   

  1. 1. 辽宁工程技术大学 力学与工程学院,辽宁 阜新 123000;2. 辽宁工程技术大学 计算力学研究所,辽宁 阜新 123000
  • 收稿日期:2020-01-19 修回日期:2020-08-07 出版日期:2020-10-12 发布日期:2020-11-07
  • 通讯作者: 王学滨,男,1975年生,博士,教授,主要从事工程材料变形、破坏及稳定性方面的研究工作。E-mail: wxbbb@263.net E-mail:1522144928@qq.com
  • 作者简介:舒芹,男,1994年生,博士研究生,主要从事计算固体力学方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 51874162)

Numerical simulation of failure processes of heterogeneous rock specimens under assumption of invariant spherical stress during stress drop

SHU Qin1, WANG Xue-bin2, ZHAO Yang-feng1, BAI Xue-yuan1   

  1. 1. College of Mechanics and Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin, Liaoning 123000, China; 2. Institute of Computational Mechanics, Liaoning Technical University, Fuxin, Liaoning 123000, China
  • Received:2020-01-19 Revised:2020-08-07 Online:2020-10-12 Published:2020-11-07
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51874162).

摘要: 采用自主编写的基于光滑粒子流体动力学方法的程序,在平面应变单轴压缩条件下,开展了非均质岩样破坏过程中剪切带和声发射的演变规律研究。基于带拉伸截断的摩尔?库仑准则,在应力球量不变假设下应力跌落时,推导了破坏粒子应力的计算方法。数值结果表明,当均质度较小时,岩样的纵向应力?纵向应变曲线呈明显的应变硬化和应变软化阶段;当均质度较大时,随着均质度的增加,岩样的应变硬化阶段变得越来越不明显,岩样的峰后行为均呈明显脆性特征。对不同黏聚力时粒子应力跌落程度的理论分析表明,黏聚力高时粒子破坏后应力跌落程度不一定比黏聚力低时的大,应力跌落程度不仅与粒子的黏聚力有关,还与粒子破坏时的应力状态有关。定性分析了均质度对破坏粒子分布的影响。分析表明,均质度越大,破坏粒子越易形成狭窄剪切带,贯穿岩样越快,岩样被贯穿后剪切带外粒子几乎不再发生破坏,因此,岩样的最终破坏粒子数越少。

关键词: 岩石试样, 光滑粒子流体动力学, 单轴压缩, 剪切带, 声发射, 应力跌落

Abstract: Using the self-developed code based on the SPH (smoothed particle hydrodynamics) method, evolution of the shear bands and acoustic emission events during failure processes of heterogeneous rock specimens under plane strain uniaxial compression is studied. Based on the Mohr-Coulomb criterion with tensile truncation, the stress calculation method of the failed particle is deduced under the assumption that the spherical stress tensor is invariant during the stress drop. Numerical results show that the longitudinal stress-longitudinal strain curves of the specimens with lower homogeneous degrees demonstrate obvious strain hardening and strain softening stages; strain hardening stages of the specimens with higher homogeneous degrees become less obvious with an increase of the homogeneous degree, and post-peak behaviors of specimens are obviously brittle. Stress drops of particles with different cohesions are theoretically analyzed. Results show that stress drops of particles with higher cohesions are not necessarily larger than the particles with lower cohesions. Stress drops are not only related to the cohesions of the particles, but also to the stress states of the particles when they fail. Effects of homogeneous degree on distributions of failed particles are qualitatively analyzed. The analysis shows that as the homogeneous degree increases, failed particles are more likely to form a narrow shear band quickly penetrating the specimen, with almost no particles failed outside the shear band once the specimen is penetrated. Therefore, the number of final failed particles in the specimen is fewer with an increase of the homogeneous degree.

Key words: rock specimen, smoothed particle hydrodynamics (SPH), uniaxial compression, shear band, acoustic emission, stress drop

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