有限-离散单元法（FDEM）模拟：岩石材料在冲击和爆破荷载下的力学行为

爆炸气体的作用可能会受到爆炸发生的条件的重大影响。为了更全面地了解爆炸气体对破裂覆盖范围的贡献，在三种不同的情况下，进行了合并的有限二氧化元素方法（FDEM），以对岩石爆破进行建模：i。在不同的原位应力下，单孔爆炸无自由表面，ii。带有附近自由表面和III的单孔和多孔爆炸。地下轮廓爆破。结果表明：（1）引爆气体显着贡献了单孔爆破而无需自由表面的破裂覆盖范围，但是随着各向同性原位应力的增加，气动增加因子（PIF）降低；（2）在各向异性的原位应力下，爆炸气体对压裂覆盖率的贡献在最大主要压力的方向上是显着的，但在最小主要压力的方向上可以忽略不计；（3）在40MPA的静水压力下，单孔爆破的PIF甚至比单孔爆炸的PIF更小，表明附近的自由表面削弱了爆炸气体对破裂覆盖范围的贡献；（4）由于多孔相互作用与自由表面效应相结合，引爆气体对杂种孔爆破的破裂距离几乎没有贡献，而附近的自由表面则很少。（5）由于各向异性原位应力，自由表面和烟孔相互作用的综合作用，在地下轮廓爆破中可以忽略爆炸气对发掘损伤深度的贡献。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

砌体拱由拱体组成，在冲击作用下表现出很强的非线性和不连续性。采用三维 GPGPU 平行组合(混合)有限-离散单元法(FDEM)研究了干接石砌体拱的冲击破坏问题。将拱体离散为若干常应变四面体单元，并将每个单元与有限元法相结合，可以更准确地估计拱体的变形及其相互之间的接触力。考虑了蓄水层的断裂问题，采用粘性带模型描述了蓄水层由连续体向不连续体的过渡过程。本文给出了某基坑砌体拱破坏特性的数值模拟结果，并用试验数据进行了验证，取得了较好的一致性。研究结果表明: (1)改变面内冲击位置，越靠近拱顶，结构响应越大; (2)改变面外冲击位置，除冲击拱外，拱的整体变形基本相同; (3)由于刚度降低，拱的断裂导致冲击响应增加; (4)斜交石砌体拱的竖向冲击阻力较小，冲击阻力随着斜交角度的增加而相应减小。结果表明，FDEM 是模拟砌体拱结构冲击破坏的一种可靠、实用的工具。

 

 

 

 

在过去的几十年里，人们对岩石的动态I型和II型断裂进行了广泛的研究。然而，岩石力学领域缺乏动态III型断裂测试方法，对岩石III型断裂机理的理解也很少，这仍然是一个重大的知识空白。在这项工作中，提出了一种创新的轴向缺口扁平巴西圆盘（ANFBD）样品，用于使用分裂霍普金森压杆（SHPB）进行岩石的III型断裂试验。首先，利用有限元法（FEM）分析，全面讨论了ANFBD样品实现真正的岩石III型断裂的最佳几何尺寸。然后，通过方山大理岩（FM）的动态Ⅲ型断裂实验，验证了ANFBD-SHPB方法的可靠性。实验室实验结果表明，在相似的动态加载速率下，FM的III型断裂韧度（KIIId）值约为I型断裂韧度的2.8倍。对断裂表面的尸检表明，在高加载速率下，III型断裂中著名的小面粗化机制得到了抑制。此外，通过三维离散元法（DEM）模拟，对ANFBD样品的内部渐进压裂行为进行了深入的评价。矩张量（MT）分析表明，剪切断裂机制主要主导ANFBD样品的整个破坏过程，而拉伸断裂机制在小面粗化过程中略有增加。这些结果对于揭示岩石在动力模式III载荷下的破坏机制具有重要意义，并对天然走滑断层结构具有一定的借鉴意义。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

为了研究层状岩石隧道的非对称破坏机理和破坏模式，本文提出了一种新的混合模式幂显粘结区模型（M-PECZM），该模型可以捕捉单模加载、拉剪加载和压剪加载条件下的裂纹扩展过程。公式中的参数可以从纯拉伸和剪切试验中获得，峰后特征参数α的引入使M-PECZM适用于不同类型岩石的峰后软化曲线。将所提出的M-PECZM嵌入FDEM中，以进行单轴压缩、直接拉伸和三轴压缩模拟。通过比较，数值结果与实验结果吻合较好，验证了M-PECZM的可靠性和有效性。此外，采用FDEM方法模拟了缓倾斜层状围岩隧道的开挖过程，研究了剪应力场和埋深对EDZ演化过程和收敛位移的影响。

 

 

 

 

 

 

 

 

光面爆破是隧道施工中的一种重要开挖方法，在开挖过程中形成光滑均匀的开挖断面。采用综合分析与数值分析相结合的方法，研究了现场应力、孔间距和径向解耦系数对爆破应力叠加和孔间开裂特性的影响。结果表明，爆破裂缝的扩展受现场应力条件的显著影响，倾向于向最大主应力方向延伸，因此孔应沿最大主应力方向布置，以确保孔间裂缝的形成和墙的顺利开挖。