脆性岩石破坏的演化细胞自动机(ECA)研究

摘要

演化细胞自动机模型是以细胞自动机方法的基本理论为基础,结合岩石力学的基本原理提出的。演化细胞自动机模型认为脆性岩石的应力–应变关系在细观上符合理想线弹脆性本构关系,在宏观上则认为脆性岩石材料是一种非均质的材料,并假定脆性岩石材料的非均质性符合Weibull分布。演化细胞自动机模型突破以往细胞自动机只有一类细胞的限制,采用包含节点细胞和三角形细胞在内的两类细胞的邻居模型。该方法以位移、力、应力和应变等矢量和张量作为系统的基本变量,将张量和纯量定义在三角形细胞中,而将矢量定义在节点细胞上,两类细胞共同形成细胞空间。在演化细胞自动机系统中,两类细胞互为邻居,依据模型所建立的局部作用规则进行演化,并且按照以修正的莫尔–库仑准则为依据建立的破坏演化规则进行破坏演化,分别考虑了由拉伸和剪切两种原因所引起的破坏情况,进而实现对脆性岩石材料加载及破坏过程的模拟。