岩土力学 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (8): 2600-2612.doi: 10.16285/j.rsm.2024.1025CSTR: 32223.14.j.rsm.2024.1025

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基于修正相场模型的岩体混合模式破裂数值研究

李满1, 2,辛昊哲2,刘先珊3,张帆1, 2,胡大伟4,杨福见4   

  1. 1. 湖北工业大学 河湖健康智慧感知与生态修复教育部重点实验室,湖北 武汉 430068;2. 湖北工业大学 土木建筑与环境学院,湖北 武汉 430068;3. 重庆大学 土木工程学院,重庆 400045;4. 中国科学院武汉岩土力学研究所,湖北 武汉 430071
  • 收稿日期:2024-08-16 接受日期:2025-04-08 出版日期:2025-08-11 发布日期:2025-08-17
  • 通讯作者: 刘先珊,女,1978年生,博士,教授,主要从事岩土工程渗流、多场耦合理论及数值方法等研究工作。E-mail:liuxianshan@163.com
  • 作者简介:李满,男,1994年生,博士,讲师,主要从事裂隙岩体多场耦合数值研究工作。E-mail:liman@hbut.edu.cn
  • 基金资助:
    国家重点研发计划(No. 2022YFE0137200);国家自然科学基金(No. 52279094)。

Numerical study on mixed-mode fracture of rock mass based on modified phase field model

LI Man1, 2, XIN Hao-zhe2, LIU Xian-shan3, ZHANG Fan1, 2, HU Dai-wei4, YANG Fu-jian4   

  1. 1. Key Laboratory of Intelligent Health Perception and Ecological Restoration of Rivers and Lakers, Ministry of Education, Hubei University of Technology, Wuhan, Hubei 430068, China; 2. School of Civil Engineering, Architecture and Environment, Hubei University of Technology, Wuhan, Hubei 430068, China; 3. School of Civil Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045, China; 4. Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China
  • Received:2024-08-16 Accepted:2025-04-08 Online:2025-08-11 Published:2025-08-17
  • Supported by:
    This work was supported by the National Key Research and Development Program of China (2022YFE0137200) and the National Natural Science Foundation of China (52279094).

摘要: 裂纹起裂、扩展和连接机制的研究对岩体工程稳定性和安全性具有重要的影响。首先将Mohr-Coulomb准则引入到经典相场模型中,建立了由纯拉、拉剪和压剪组成的混合裂纹驱动力,并基于Benzeggagh-Kenane断裂准则获得了等效I-II混合型临界能量释放率来替代经典相场模型中的I型临界能量释放率,进而提出了修正相场模型来模拟岩体的混合破裂。此外,基于修正相场模型提出了拉伸裂纹、剪切裂纹及拉剪混合裂纹的判别准则。最终,模拟具有不同几何缺陷的裂隙试件单轴压缩试验,并与试验结果和数值结果对比,证明了提出的修正相场模型不仅具备模拟裂隙岩体混合破裂的能力,而且可以区别裂纹模式,研究成果有助于加深对裂隙岩体破裂机制的理解。

关键词: 相场模型, 岩体, 裂纹扩展, 破裂模式

Abstract: The study of crack initiation, propagation, and connection mechanisms has important implications for the stability and safety of rock mass engineering. The Mohr-Coulomb criterion is first introduced into the classical phase field model, and a mixed crack driving force composed of pure tension, tension-shear, and compression-shear is established. Based on the Benzeggagh-Kenane fracture criterion, the equivalent I-II mixed-mode critical energy release rate is obtained to replace the mode-I critical energy release rate in the classical phase field model, and a modified phase field model is proposed to simulate the mixed-mode fracture of rock masses. In addition, a discrimination criterion is proposed based on the modified phase field model, which includes tensile crack, shear crack, and mixed tensile-shear crack. Finally, the uniaxial compression test of fissured specimens with different geometric defects is simulated and compared with experimental and numerical results, demonstrating that the proposed modified phase field model not only has the ability to simulate mixed fracture of fissured rock masses, but also can distinguish crack modes. The research results contribute to improving the understanding of the fracture mechanism of fissured rock masses.

Key words: phase field model, rock mass, crack propagation, crack mode

中图分类号: TU 452
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