›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (8): 2269-2277.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

孔槽式圆盘破坏特性与裂纹扩展机制颗粒流分析

黄彦华1,杨圣奇1, 2   

  1. 1.中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏 徐州 221008; 2. 武汉大学 岩土与结构工程安全湖北省重点实验室,武汉 430072
  • 收稿日期:2013-09-29 出版日期:2014-08-12 发布日期:2014-08-14
  • 通讯作者: 杨圣奇,男,1978年生,博士,教授,博士生导师,主要从事深部岩石力学与地下工程方面的研究工作。E-mail: yangsqi@hotmail.com E-mail:huangyh1219@163.com
  • 作者简介:黄彦华,男,1989年生,硕士研究生,主要从事断续裂隙岩石力学试验与模拟方面的研究工作。
  • 基金资助:

    国家重点基础研究发展计划973项目(No. 2014CB046905);国家自然科学基金资助项目(No. 51179189);教育部新世纪优秀人才支持计划项目(No.NCET-12-0961);岩土与结构工程安全湖北省重点实验室开放研究基金项目(No. HBKLCIV201201)。

Particle flow simulation of fracture characteristics and crack propagation mechanism of holed-cracked Brazilian disc specimen

HUANG Yan-hua1, YANG Sheng-qi1, 2   

  1. 1. State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221008, China; 2. Key Laboratory of Geotechnical and Structural Engineering Safety of Hubei Province, Wuhan University, Wuhan 430072, China
  • Received:2013-09-29 Online:2014-08-12 Published:2014-08-14

摘要: 基于室内岩石类脆性材料圆盘试样巴西试验结果,利用颗粒流程序(PFC),获得一组能够反映其力学特征的细观参数。在此基础上,对孔槽式圆盘试样进行巴西试验模拟,分析了裂隙倾角和半径比变化对孔槽式圆盘试样力学参数和裂纹扩展规律的影响。孔槽式圆盘试样力学参数显著低于完整圆盘试样,降幅与孔槽几何参数密切相关。劈裂荷载随裂隙倾角的增大呈非线性变化,而随着半径比的增大呈近似线性减小规律。通过分析认为,在试验模拟范围内保持半径比不变,当裂隙倾角较小时,孔洞是主裂纹起裂的主要诱因;裂隙倾角较大时,裂隙成为主裂纹起裂的主要诱因。保持裂隙倾角不变,当半径比较小时,裂隙是主裂纹起裂的主要诱因;半径比较大时,孔洞成为主裂纹起裂的主要诱因。最后,从细观层面探讨了孔槽式圆盘试样裂纹扩展机制。

关键词: 脆性岩石, 巴西试验, 孔槽式圆盘, 裂纹扩展, 颗粒流程序

Abstract: Based on the experimental results of intact Brazilian disc of rock-like materials, a set of mecroscopic parameters in particle flow code (PFC) that can reflect the macroscopic mechanical behavior of rock-like materials under Brazilian test are obtained. Then PFC is used to simulate Brazilian test for holed-cracked Brazilian disc (HCBD) specimen. The effect of crack angle and radius ratio on the mechanical parameters of HCBD specimen is analyzed. Compared with intact specimen, the split load of HCBD specimen takes on a reducing tendency, and the reducing extent is closely related to pre-hole and crack parameters. The split load is non-linearly changed as crack angle increasing, but linearly decreases as the increase of radius ratio. In the range of simulation test, when the crack angle is smaller, the hole is the main reason resulting in the main crack initiation; while the crack angle is bigger, the reason of main crack initiation results from the pre-existing crack. When the crack angle is a constant and the radius is relatively smaller, the pre-existing crack is the main reason of main crack initiation; while the crack angle is bigger, the main crack initiation results from the pre-existing hole. Finally, the crack propagation mechanism of HCBD specimen is discussed.

Key words: brittle rock, Brazilian test, holed-cracked Brazilian disc, crack propagation, particle flow code (PFC)

中图分类号: 

  • TU 45
[1] 张国凯, 李海波, 王明洋, 李晓锋, . 基于声学测试和摄像技术的单裂隙岩石 裂纹扩展特征研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 63-72.
[2] 张传庆, 刘振江, 张春生, 周辉, 高阳, 侯靖, . 隐晶质玄武岩破裂演化及破坏特征试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2487-2496.
[3] 周辉, 陈珺, 张传庆, 朱勇, 卢景景, 姜玥, . 低强高脆岩爆模型材料配比试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2039-2049.
[4] 王海军, 郁舒阳, 任然, 汤雷, 李欣昀, 贾宇, . 基于3D-ILC含内裂纹孔口脆性固体断裂特性试验[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2200-2212.
[5] 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.
[6] 张 波, 李 垚, 杨学英, 朱飘扬, 朱春帝, 刘子豪, 刘文杰, 罗志恒, . 一种用于水压致裂试验的水压供给装置研制及应用[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 2022-2028.
[7] 丛 怡, 丛 宇, 张黎明, 贾乐鑫, 王在泉, . 大理岩加、卸荷破坏过程的三维颗粒流模拟[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1179-1186.
[8] 李铮, 郭德平, 周小平, 王允腾, . 模拟岩石中裂纹扩展连接的近场动力学方法[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4711-4721.
[9] 张珂, 王海军, 任然, 汤雷, 郁舒阳, 刘鑫娜, 顾浩, . 基于3D-ILC球体45º三维双内裂纹复合断裂研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4731-4739.
[10] 马鹏飞, 李树忱, 周慧颖, 赵世森. 岩石材料裂纹扩展的改进近场动力学方法模拟[J]. 岩土力学, 2019, 40(10): 4111-4119.
[11] 王桂林, 梁再勇, 张 亮, 孙 帆, . Z型裂隙对砂岩强度和破裂行为影响机制研究[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 389-397.
[12] 伍天华, 周 喻, 王 莉, 孙金海, 赵 欢, 孙 铮, . 单轴压缩条件下岩石孔-隙相互作用机制细观研究[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 463-472.
[13] 杨石扣,张继勋,任旭华,. 基于数值流形法的三维裂纹扩展研究[J]. , 2018, 39(S1): 488-494.
[14] 徐文彬,曹培旺,程世康,. 不同偏置裂纹充填体断裂特性试验[J]. , 2018, 39(5): 1643-1652.
[15] 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.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 王 刚,李术才,王明斌. 渗透压力作用下加锚裂隙岩体围岩稳定性研究[J]. , 2009, 30(9): 2843 -2849 .
[2] 刘恩龙. 岩土破损力学:结构块破损机制与二元介质模型[J]. , 2010, 31(S1): 13 -22 .
[3] 介玉新,杨光华. 基于广义位势理论的弹塑性模型的修正方法[J]. , 2010, 31(S2): 38 -42 .
[4] 杨建民,郑 刚. 基坑降水中渗流破坏归类及抗突涌验算公式评价[J]. , 2009, 30(1): 261 -264 .
[5] 周 华,王国进,傅少君,邹丽春,陈胜宏. 小湾拱坝坝基开挖卸荷松弛效应的有限元分析[J]. , 2009, 30(4): 1175 -1180 .
[6] 叶 飞,朱合华,何 川. 盾构隧道壁后注浆扩散模式及对管片的压力分析[J]. , 2009, 30(5): 1307 -1312 .
[7] 陈 林,张永兴,冉可新. 考虑剪应力作用的挡土墙主动土压力计算[J]. , 2009, 30(S2): 219 -223 .
[8] 石 崇 ,徐卫亚 ,张 玉 ,李德亮 ,刘 和. 基于元胞自动机模型的堆积体动力学参数研究[J]. , 2011, 32(6): 1795 -1800 .
[9] 龚维明,黄 挺,戴国亮. 海上风电机高桩基础关键参数试验研究[J]. , 2011, 32(S2): 115 -121 .
[10] 宋义敏 ,姜耀东 ,马少鹏 ,杨小彬 ,赵同彬 . 岩石变形破坏全过程的变形场和能量演化研究[J]. , 2012, 33(5): 1352 -1356 .