三维梁颗粒模型在岩石材料破坏模拟中的应用.pdf

第25 卷增刊 岩 土 力 学 Vol.25 Supp. 2004 年9 月 Rock and Soil Mechanics Sep. 2004 文章编号 1000 7598 (2004)增刊 0033 04 三维梁-颗粒模型在岩石材料破坏模拟中的应用 1 2 1 张德海 邢纪波 朱浮声 1.东北大学土木系 辽宁 沈阳 110004 2.烟台大学土木系 山东 烟台 264005 摘 要 用三维梁-颗粒模型BPM3D beam-particle model in three dimensions 对岩石类非均质脆性材料的力学性质和破坏过 程进行了数值模拟 梁-颗粒模型是在离散单元法基础上 结合有限单元法中的网格模型提出的用于模拟岩石类材料损伤破 坏过程的数值模型 在模型中 材料在细观层次上被离散为颗粒单元集合体 相邻颗粒单元由有限单元法中的弹脆性梁单元 联结 梁单元的力学性质均按韦伯 Weibull 分布随机赋值 以模拟岩石类材料力学参数的空间变异性 材料内部裂纹通过 断开梁单元来模拟 通过自动生成的非均质材料模型对岩石类材料的破坏机理进行研究 岩石类非均质脆性材料在单轴压缩 状态下破坏过程细观数值模拟结果显示 岩石材料宏观破坏是由于其内部细观裂纹产生 扩展 贯通的结果 通过数值模拟 结果之间的对比分析 揭示出岩石试样宏观破坏模式随细观层次上韦伯分布参数的变化而不同 与实际矿柱破坏形态的对比 分析表明了模型的适用性 根据数值模拟结果对岩石类非均质材料的破坏机理进行了探讨 关 键 词 岩石 非均质材料 数值模拟 梁-颗粒模型 破坏过程 中图分类号 O 241 文献标识码 A 3-D beam-particle model for simulating fracture in rock material 1 2 1 ZHANG De-hai , XING Ji-bo , ZHU Fu-sheng (1 .Department of Civil Engineering, Northeastern University, Shenyang 110004, China; 2.Department of Civil Engineering, Yantai University, Yantai 264005, China) Abstract: A 3-D numerical model BPM3D (beam-particle model in three dimensions) is developed to simulate the mechanical properties and fracture process of anisotropic brittle material like rocks. This numerical method used simulating damage and fragmentation phenomena of rock-like material is presented on the basis of discrete element method (DEM) and lattice model that belongs to the