›› 2011, Vol. 32 ›› Issue (12): 3780-3786.

• 数值分析 • 上一篇    下一篇

基于数字图像处理的非均质岩石材料破坏过程模拟

朱泽奇1，肖培伟2，盛 谦1，刘继国3，冷先伦1   

  1. 1.中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，武汉 430071； 2.国电大渡河流域水电开发有限公司，成都 610041；3.中交第二公路勘察设计研究院有限公司，武汉 430056
  • 收稿日期:2010-06-07 出版日期:2011-12-10 发布日期:2011-12-13
  • 作者简介:朱泽奇，男，1980年生，博士，助理研究员，主要从事数值岩石力学与工程方面研究
  • 基金资助:

    国家973 国家重点基础研究发展计划（No. 2010CB732001）；国家自然科学基金重大研究计划重点项目（No. 90715042）；国家自然科学基金项目（No. 51009130）

Numerical simulation of fracture propagation of heterogeneous rock material based on digital image processing

ZHU Ze-qi1, XIAO Pei-wei2, SHENG Qian1, LIU Ji-guo3, LENG Xian-lun1   

  1. 1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China; 2. Daduhe Hydropower Development Co., Ltd., Chengdu 610041, China; 3. China Second Highway Survey, Design and Research Institute of Communications, Wuhan 430056, China
  • Received:2010-06-07 Online:2011-12-10 Published:2011-12-13

PDF (Chinese)

2547

摘要： 以三峡花岗岩为例，利用有限差分程序FLAC进行非均质岩石材料的破坏过程模拟。首先，利用花岗岩微观结构观测图像确定数值模拟计算网格的合适尺寸；进一步结合花岗岩的矿物鉴定结果，在数字图像处理的基础上，利用模糊C均值聚类方法，实现了数值计算模型与材料真实细观结构的耦合分析，形成了一套较完整的、更加方便快捷的非均质岩石材料数字图像处理技术。在此基础上，利用同批次三峡花岗岩的经验应变软化模型，进行了单轴抗压下岩石的剪切带分布及裂纹破坏过程模拟，对破坏过程中的应力集中现象进行了探讨。最后，围绕该花岗岩岩样进行了不同围压三轴压缩的数值仿真研究，得到了一些有益的结论，同时也表明，在岩石破裂过程数值模拟分析中引入数字图像处理技术是岩石细观结构破坏力学行为研究的一种方便而有效的方法

关键词: 数字图形处理, 非均质材料, 模糊聚类, 破坏过程, 数值模拟

Abstract: For the Three Gorges granite, a finite difference software package FLAC is used to study failure process of heterogeneous rock material. Firstly, proper scale of finite difference grids is under consideration with scanning electron microscopy photo of the granite. Based on mineral components identification results of the granite and fuzzy clustering method, the actual image data are transformed into the finite difference grid by applying image processing techniques. A convenient and efficient two-dimensional numerical modeling method for heterogeneous geomaterials is presented. Furthermore, shear bond propagation and failure process of the granite are simulated in uniaxial compression test based on experimental strain soft model; and stress concentration phenomena are analyzed. Finally, numerical simulation of granite samples under different triaxial compression tests is studied. The results show that the numerical modeling method based on digital image processing can be used to calculate the mechanical responses of geomaterials by taking their heterogeneities into considerations.

Key words: digital image processing, heterogeneous material, fuzzy clustering, fracture process, numerical simulation

中图分类号: 

  • TU 45
[1] 李翻翻, 陈卫忠, 雷江, 于洪丹, 马永尚, . 基于塑性损伤的黏土岩力学特性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 132-140.
[2] 夏 坤, 董林, 蒲小武, 李璐, . 黄土塬地震动响应特征分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 295-304.
[3] 郭院成, 李明宇, 张艳伟, . 预应力锚杆复合土钉墙支护体系增量解析方法[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 253-258.
[4] 闫国强, 殷跃平, 黄波林, 张枝华, 代贞伟, . 三峡库区巫山金鸡岭滑坡成因机制与变形特征[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 329-340.
[5] 刘红岩. 宏细观缺陷对岩体力学特性及边坡稳定影响研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 431-439.
[6] 金爱兵, 刘佳伟, 赵怡晴, 王本鑫, 孙浩, 魏余栋, . 卸荷条件下花岗岩力学特性分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 459-467.
[7] 韩征, 粟滨, 李艳鸽, 王伟, 王卫东, 黄健陵, 陈光齐, . 基于HBP本构模型的泥石流动力过程SPH数值模拟[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 477-485.
[8] 吴锦亮, 何吉, . 岩质边坡动态开挖模拟的复合单元模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 535-540.
[9] 吴凤元, 樊赟赟, 陈剑平, 李军, . 基于不同侵蚀模型的高速崩滑碎屑 流动力过程模拟分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3236-3246.
[10] 孙峰, 薛世峰, 逄铭玉, 唐梅荣, 张翔, 李川, . 基于连续损伤的水平井射孔-近井筒三维破裂模拟[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3255-3261.
[11] 穆锐, 浦少云, 黄质宏, 李永辉, 郑培鑫, 刘 旸, 刘 泽, 郑红超, . 土岩组合岩体中抗拔桩极限承载力的确定[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2825-2837.
[12] 金俊超, 佘成学, 尚朋阳. 基于应变软化指标的岩石非线性蠕变模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2239-2246.
[13] 张 聪, 梁经纬, 阳军生, 曹 磊, 谢亦朋, 张贵金, . 堤坝脉动注浆浆液扩散机制及应用研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1507-1514.
[14] 严 健, 何 川, 汪 波, 蒙 伟, . 高地温对隧道岩爆发生的影响性研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1543-1550.
[15] 李世俊, 马昌慧, 刘应明, 韩玉珍, 张 彬, 张 嘎, . 离心模型试验与数值模拟相结合研究 采空边坡渐进破坏特性[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1577-1583.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
[1] 况雨春，伍开松，杨迎新，马德坤. 三牙轮钻头破岩过程计算机仿真模型[J]. , 2009, 30(S1): 235 -238 .
[2] 杜文琪，王 刚. 土工结构地震滑动位移统计分析[J]. , 2011, 32(S1): 520 -0525 .
[3] 鄢治华，刘志伟，刘厚健. 黄河阶地上某电厂高边坡参数选取及其工程治理[J]. , 2009, 30(S2): 465 -468 .
[4] 许振浩 ，李术才 ，李利平 ，侯建刚 ，隋 斌 ，石少帅. 基于层次分析法的岩溶隧道突水突泥风险评估[J]. , 2011, 32(6): 1757 -1766 .
[5] 江 权 ，冯夏庭 ，周 辉 ，赵 阳 ，徐鼎平 ，黄 可 ，江亚丽. 层间错动带的强度参数取值探讨[J]. , 2011, 32(11): 3379 -3386 .
[6] 温世清 ，刘汉龙 ，陈育民. 浆固碎石桩单桩荷载传递特性研究[J]. , 2011, 32(12): 3637 -3641 .
[7] 李顺群 ，高凌霞 ，柴寿喜. 冻土力学性质影响因素的显著性和交互作用研究[J]. , 2012, 33(4): 1173 -1177 .
[8] 钟 声 ，王川婴 ，吴立新 ，唐新建 ，王清远. 点状不良地质体钻孔雷达响应特征 ——围岩及充填效应正演分析[J]. , 2012, 33(4): 1191 -1195 .
[9] 孟 振，陈锦剑，王建华，尹振宇. 砂土中螺纹桩承载特性的模型试验研究[J]. , 2012, 33(S1): 141 -145 .
[10] 罗 刚 ，胡卸文 ，顾成壮 . 强震作用下顺层岩质斜坡动力失稳机制及启动速度研究[J]. , 2013, 34(2): 483 -490 .
版权所有 © 《岩土力学》编辑部
地址：湖北武汉武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所(430071)　邮编：200042　电话：027-87198484, 87199252, 87199253, 87198752　E-mail: ytlx@whrsm.ac.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发