基于两种数值模拟方法的围岩脆性破坏特征对比分析

摘要

围岩脆性破坏是一种常见的破坏形式。不同数值方法模拟的结果往往不同。因此,有必要研究不同方法对于模拟围岩脆性破坏特征的适用性。首先,在连续方法中,推导了改进应力跌落模型中残余应力的计算公式,解除了传统应力跌落模型中强度参数变化量的关联性,并通过模拟单轴压缩试验进行了验证。然后,采用连续方法(方法 1)及连续-非连续方法(方法 2)模拟了静水压力条件下圆形隧道围岩脆性破坏特征。最后,以太平驿隧道为工程背景,采用两种方法模拟了非静水压力条件下围岩的脆性破坏特征。研究发现,在静水压力条件下,采用两种方法均可获得与现场观测或室内试验类似的结果,但采用方法 1获得的破坏区范围更大。在非静水压力条件下,虽然方法 1的结果与太平驿隧道围岩脆性破坏的现场观测结果有相似之处,但方法 2的结果与现场观测结果更为接近。上述结果可能是由于在方法 1中,围岩破坏后仍为连续介质,有利于岩块之间的应力传递,从而利于破坏区的发展;在方法 2中,围岩开裂后转变为非连续介质,接触力和摩擦力反映了岩块之间的相互作用,消耗了系统能量,从而限制了开裂区的发展。