应力波作用下含颗粒脆性材料裂纹扩展数值模拟

摘要

岩石作为一种脆性介质，其内部常分布裂隙、孔洞等各种缺陷，这些原始缺陷在外部荷载作用下促使裂纹的孕育、萌生、繁衍、扩展和贯通，导致岩石的宏观变形与破坏表现出明显的不连续性、非均匀性、各向异性和非弹性等特点。岩石类材料在外荷载作用下的裂纹扩展，特别是在动荷载作用下的裂纹弯曲和分叉行为，对深入了解材料的力学特性和破坏模式有着重要意义，一直是理论和工程界关注的重要问题。rn 运用岩石破裂过程分析软件RFPA-dynamics,对应力波作用下含颗粒脆性材料的裂纹扩展过程进行了数值模拟,分析了软硬颗粒及双向荷载对裂纹扩展的影响.结果表明:(1)软硬颗粒对裂纹扩展方式有一定影响:表现在硬颗粒模型中,裂纹水平扩展长度较长,且出现羽状结构裂纹,软颗粒模型裂纹水平扩展长度较短,未出现明显羽状裂纹,空洞模型出现裂纹绕行现象;(2)颗粒与基质弹性模量比值是影响含颗粒物的岩石材料裂纹路扩展方式的主要因素,而各自弹性模量绝对值对其影响不大;(3)双向动态荷载作用下,裂纹在分支前均会沿着初始裂缝的方向前进一段距离,不同荷载比率下试样的裂纹扩展方式不同,表现在随着荷载比率增大,裂纹分叉的角度增大,裂纹扩展距离减小.