›› 2013, Vol. 34 ›› Issue (11): 3291-3298.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于扩展有限元的深部岩体分区破裂化现象初步数值模拟

陈旭光1, 2,张强勇3,李术才3,梅 宇1, 2   

  1. 1. 河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,南京 210098;2. 河海大学 隧道与城市轨道工程研究所,南京 210098; 3. 山东大学 岩土与结构工程研究中心,济南 250061
  • 收稿日期:2011-12-17 出版日期:2013-11-09 发布日期:2013-11-11
  • 作者简介:陈旭光,男,1984年生,讲师,博士,主要从事岩石力学方面的研究工作
  • 基金资助:

    国家自然科学基金项目(No. 51209074,No. 41172268);中国博士后基金特别资助项目(No. 2013T60494);中国博士后科学基金资助项目(No. 2012M511189);岩土力学与工程国家重点实验室开放基金(No. Z012008);中央高校基本科研业务费专项资金(No. 2012B02714)资助

Preliminary numerical simulation of zonal disintegration phenomenon in deep surrounding rock mass based on extended finite elements

CHEN Xu-guang1, 2,ZHANG Qiang-yong3,LI Shu-cai3,MEI Yu1, 2   

  1. 1. Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 2. Institute of Tunnel and Urban Railway Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 3. Geotechnical & Structural Engineering Research Center, Shandong University, Jinan 250061, China
  • Received:2011-12-17 Online:2013-11-09 Published:2013-11-11

摘要: 通过轮廓法追踪岩石裂纹扩展轨迹,将其嵌入ABAQUS扩展有限元(EFE)平台,对单轴压力下裂隙试件受压过程进行了模拟验证,裂纹起裂扩展效果良好。以此为平台,将推导得到的弧形裂纹应力强度因子嵌入其中,以最大周向拉应力准则为开裂准则,认为当其大于岩体断裂韧度时,硐室围岩体内初始裂纹将开始扩展。在此基础上,以发现分区破裂现象的圆形隧道模型试验为背景开展了分区破裂的数值模拟试验。模拟结果发现,深部巷道围岩出现了3~4层破裂分区,证实深部巷道围岩存在分区破裂现象。将数值模拟结果与模型试验完成后模型围岩破坏状态对比,发现二者破裂区分布特征基本一致。数值模拟结果表明,EFEM方法在处理复杂岩体裂纹问题方面的有效性。

关键词: 分区破裂, 扩展有限元法, 应力强度因子, 子域积分

Abstract: The contour method of tracking the trajectory of rock crack propagation was embedded into extended finite elements (EFE) platform of ABAQUS to simulate the process of initial crack extension under uniaxial pressure. The result testifies the effective of the simulation method. Then, the arc-circular fracture stress strength factor was embedded into the EFE platform. Using the maximum circumferential tensile stress criterion as cracking criterion, when the stress is greater than that rock fracture toughness, the initial crack within surrounding rock begins to extend. Based on this, a numerical simulation of the simplified round tunnel is carried out with the model test which the zonal disintegration phenomenon is observed. During the simulation process, the subdomain precise integration is adopted to improve the precision. The simulation results show that there appears 3 to 4 layer zonal disintegrations surrounding the deep tunnel. The numerical simulation indicates that there exists zonal disintegration phenomenon in deep surrounding rock mass. Comparing the numerical simulation with the ruin pattern of tunnel model after the model test, it is found that the distribution character is in coincidence with each other. The numerical simulation results show that the EFE method is effective in dealing with the problems of complex fracture in rock mass.

Key words: zonal disintegration, extended finite element method(EFEM), stress strength factor, subdomain precise integration

中图分类号: 

  • TU 454
[1] 王翔南, 李全明, 于玉贞, 喻葭临, 吕禾, . 基于扩展有限元法对土体滑坡破坏过程的模拟[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2435-2442.
[2] 杨石扣, 张继勋, 任旭华, . 基于改进数值流形法的接触裂纹问题研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 2016-2021.
[3] 王登科, 孙刘涛, 魏建平, . 温度冲击下煤的微观结构变化与断裂机制[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 529-538.
[4] 郑安兴, 罗先启, 陈振华, . 基于扩展有限元法的岩体水力劈裂耦合模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 799-808.
[5] 郑安兴,罗先启,. 危岩水力劈裂分析的扩展有限元法[J]. , 2018, 39(9): 3461-3468.
[6] 高 强,张强勇,张绪涛,向 文,. 深部洞室开挖卸荷分区破裂机制的动力分析[J]. , 2018, 39(9): 3181-3194.
[7] 杨石扣,任旭华,张继勋,. 基于数值流形法的重力坝水力劈裂研究[J]. , 2018, 39(8): 3055-3060.
[8] 李 清,于 强,徐文龙,万明华,张 正,吕 陈,王汉军,. 应变片法确定Ⅰ型裂纹动态应力强度因子试验研究[J]. , 2018, 39(4): 1211-1218.
[9] 罗先启,郑安兴,. 岩体裂隙模拟的扩展有限元法应用研究[J]. , 2018, 39(2): 728-734.
[10] 宋义敏, 邢同振, 吕祥锋, 赵泽鑫, 邓琳琳, . 不同加载速率Ⅰ型预制裂纹花岗岩断裂特征研究[J]. 岩土力学, 2018, 39(12): 4369-4375.
[11] 杨石扣,任旭华,张继勋,. 改进的数值流形法在水力劈裂中的应用[J]. , 2018, 39(10): 3875-3881.
[12] 杨仁树,苏 洪,龚 悦,陈 程,. 爆炸荷载下不对称Y型裂纹扩展规律的试验研究[J]. , 2017, 38(8): 2175-2181.
[13] 李念斌,董世明,华 文. 裂纹面接触对中心裂纹圆盘应力强度因子影响分析[J]. , 2017, 38(8): 2395-2401.
[14] 陈昊祥,戚承志,李凯锐,徐 琛,刘天添,. 深部巷道围岩分区破裂的非线性连续相变模型研究[J]. , 2017, 38(4): 1032-1040.
[15] 燕秀发 ,钱七虎 ,赵跃堂 , 周寅智,. 准脆性材料断裂模拟方法研究[J]. , 2017, 38(12): 3462-3468.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 孙树林,李 方,谌 军. 掺石灰黏土电阻率试验研究[J]. , 2010, 31(1): 51 -55 .
[2] 李英勇,张顶立,张宏博,宋修广. 边坡加固中预应力锚索失效机制与失效效应研究[J]. , 2010, 31(1): 144 -150 .
[3] 梁健伟,房营光,谷任国. 极细颗粒黏土渗流的微电场效应分析[J]. , 2010, 31(10): 3043 -3050 .
[4] 王丽艳,姜朋明,刘汉龙. 砂性地基中防波堤地震残余变形机制分析与液化度预测法[J]. , 2010, 31(11): 3556 -3562 .
[5] 李秀珍,王成华,邓宏艳. DDA法和Fisher判别法在潜在滑坡判识中的应用比较[J]. , 2011, 32(1): 186 -192 .
[6] 孔祥兴,夏才初,仇玉良,张丽英,龚建伍. 平行小净距盾构与CRD法黄土地铁隧道施工力学研究[J]. , 2011, 32(2): 516 -524 .
[7] 王振红,朱岳明,武圈怀,张宇惠. 混凝土热学参数试验与反分析研究[J]. , 2009, 30(6): 1821 -1825 .
[8] 陈力华 ,林 志 ,李星平. 公路隧道中系统锚杆的功效研究[J]. , 2011, 32(6): 1843 -1848 .
[9] 赵明华,雷 勇,张 锐. 岩溶区桩基冲切破坏模式及安全厚度研究[J]. , 2012, 33(2): 524 -530 .
[10] 马 刚 ,常晓林 ,周 伟 ,周创兵 . 基于Cosserat理论的重力坝深层抗滑稳定分析[J]. , 2012, 33(5): 1505 -1512 .