›› 2011, Vol. 32 ›› Issue (1): 51-62.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于渐近展开法的脆性岩石双尺度方法初步研究

彭从文1, 2, 3,朱向荣2,王金昌4   

  1. 1. 长江大学 城市建设学院,湖北 荆州 434023;2. 浙江大学 软弱土与环境土工教育部重点实验室,杭州 310027; 3. 浙江大学 宁波理工学院,浙江 宁波 315100;4. 浙江大学 交通工程研究所,杭州 310027
  • 收稿日期:2009-11-09 出版日期:2011-01-10 发布日期:2011-01-19
  • 作者简介:彭从文,男,1969年生,博士,副教授,主要从事岩土工程的教学与科研工作。

Preliminary study of two-scale model for analyzing brittle rock based on asymptotic expansion method

PENG Cong-wen1, 2, 3,ZHU Xiang-rong2,WANG Jin-chang4   

  1. 1.School of Urban Construction, Yangtze University, Jingzhou, Hubei 434023, China; 2. Key Laboratory of Soft Soils and Environmental Engineering, Ministry of Education, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China; 3. Ningbo Institute of Technology, Zhejiang University, Ningbo, Zhejiang 315100, China; 4. Research Institute of Transportation Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
  • Received:2009-11-09 Online:2011-01-10 Published:2011-01-19

摘要:

将渐近展开法与细观统计模型相结合,研究了脆性岩石双尺度计算方法。该方法在细观尺度定义材料属性,假定材料参数符合Weibull分布,采用弹性-理想脆性本构模型,脆断标准采用修正的Mohr-Coulomb准则和最大拉应力准则,通过宏细观尺度耦合计算,得到细观尺度材料损伤演化及其对结构宏观性状的影响。方法包括确定材料统计参数、确定细观尺度代表性体积单元(RVE)及求解边值方程等步骤。数值模型采用商业软件ABAQUS及其内嵌的UMAT用户子程序实现。该方法适用于岩石单轴受压或低围压应力状态,考虑到计算效率,计算时宜采用混合尺度,即模型重点(关键)部位采用双尺度,而其他区域采用单尺度计算。宏观尺度材料软化后未采用正则化方法,此时的计算结果有网格依赖性。

关键词: 脆性岩石, 双尺度, 细观统计模型, 渐近展开法, ABAQUS

Abstract:

The asymptotic expansion method was combined with micro-based statistical model to develop a two-scale scheme for analyzing the behavior of brittle rock. The material properties were defined in micro-scale and the elastic-perfect brittle constitutive was adopted, the modified Mohr-Coulomb theory and the maximum tensile strength were selected as the fracture criterion. Through calculating in a global-local coupling way, the damage evolution of material in the micro-scale and its effects on the properties of rock in the macro-scale were derived. The scheme included three steps: determining material statistical parameters, determining representative volume element (RVE) and solving boundary equations. The numerical model was realized by the commercial software ABAQUS and its subroutine UMAT. This scheme can be used in the conditions that the rock is loaded with uniaxial compression or triaxial compression with low confining pressure. The regularization method is not used, so the result is mesh dependent after the rock is localized.

Key words: brittle rock, two-scale, micro-based statistical model, asymptotic expansion method, ABAQUS

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