热应力与膨胀力耦合作用下岩石破裂机理的数值模拟研究

摘要

基于静态破碎剂破岩机理,运用数值模拟方法研究了内部含圆孔的方形岩样在热应力与膨胀力耦合作用下的破坏过程,重点分析了热应力对材料破坏机理的影响,并与物理实验进行了比较.结果表明:在内部热应力与膨胀力耦合作用下,模型中的两条裂纹萌生于垂直于模型边缘的孔径方向上的某个位置,而不是圆孔周围或者模型边缘,并同时向内和向外扩展至模型的内壁和外壁.随着模型热传导系数的增大,起裂位置向模型边缘移动;随着静态破碎剂膨胀系数的增大,起裂位置向圆孔周围移动.同时也研究了相同模型在只有热应力与只有膨胀力作用时的应力场,发现在此模型中热应力对起裂位置和减少裂纹数量有重要影响,耦合作用下的模型破坏是只有热应力作用和只有膨胀力作用的一种综合作用结果.