基于VMIB的岩石围压破坏二维多尺度数值模拟

摘要

VMIB(Virtual Multi-dimensional Internal Bonds)模型是在VIB(Virtual Internal Bond)模型基础上发展起来的一种多尺度力学模型。VIB认为,固体材料在微观上是由随机分布的质量微粒(Material particle)构成,微粒与微粒之间由一虚内键(virtual internal bond)连结,材料的宏观本构方程则直接由微粒之间的连结法则(Cohesive law)导出。而在VMIB中,微粒之间引入了切向效应,材料的宏观本构方程由虚内键刚度系数导出。由于考虑了微粒之间的切向效应,VMIB能够再现材料不同泊松比。依据VMIB,材料的宏观力学行为决定于微观虚内键的演化。岩石材料在围压条件下强度显著增强,破坏模式一般表现为剪切破坏,其微观机制在于虚内键的演化决定于自身的法向和切向变形,并且演化速度决定于连续层次上材料微元的应力状态。为描述这种微观虚内键的演化机制,提出了一种虚内键演化方程。通过该演化方程,可以宏观再现岩石材料在围压条件下的断裂破坏行为。作为初步应用,没有考虑材料的塑性变形机制,因此,还有待于进一步的理论完善。