完整岩石试件和含有裂隙岩石试件在单轴压缩下破坏过程的数值模拟研究.docx

完整岩石试件和含有裂隙岩石试件在单轴压缩下破坏过程的数值模拟研究
摘要
岩石的力学性质和稳定性是地质工程领域研究的重点之一，数值模拟方法在研究岩石力学性质和稳定性方面具有重要的应用价值。本研究基于单轴压缩试验，采用数值模拟方法研究了完整岩石试件和含有裂隙岩石试件在破坏过程中的应力与应变变化规律，并探讨了裂隙对岩石破坏过程的影响。
研究结果表明，完整岩石试件在单轴压缩下具有明显的弹性阶段、塑性变形阶段和破坏阶段。弹性阶段中，应力与应变呈线性关系，斜率为弹性模量；塑性变形阶段中，应力随应变的增加而逐渐增加，并且呈现柔性区的特性；当应力达到岩石的极限承载力时，岩石试件开始出现裂纹，最终破坏。含有裂隙的岩石试件在单轴压缩下也具有类似的破坏过程，但存在一定的差异。当裂隙的初始方位与应力方向垂直时，裂隙的张开会导致应力集中，增加试件的应力值，破坏压力也相对增加。当裂隙的初始方位与应力方向接近时，裂隙的张开会受到试件的约束，导致应力分散，降低试件的强度和破坏压力。
综上所述，岩石试件破坏过程的数值模拟研究可以深刻揭示岩石力学行为的本质和规律，为地质工程领域的研究提供参考。在实际的岩石工程中，结合数值模拟方法可以更加准确地预测岩石的破坏过程和力学表现，为工程设计提供科学依据。
关键词：岩石试件；单轴压缩；数值模拟；破坏过程；裂隙
Abstract
Themechanicalpropertiesandstabilityofrocksareoneofthefocusesinthefieldofgeotechnicalengineering,andnumericalsimulationmethodsplayasignificantroleinstudyingthemechanicalpropertiesandstabilityofrocks.Basedonuniaxialcompressiontest,thisstudyusednumericalsimulationmethodtoinvestigatethestress-strainvariationofintactrockspecimensandrockspecimenswithcracksduringthefailureprocess,andexploredtheinfluenceofcracksonthefailureprocessofrocks.
Theresultsshowedthatintactrockspecimenshadobviouselastic,plasticdeformationandfailurephasesunderuniaxialcompression.Duringtheelasticphase,thestressandstrainshowedalinearrelationship,andtheslopewastheelasticmodulus;duringtheplasticdeformationphase,thestressgraduallyincreasedwiththeincreaseofstrain,andshowedthecharacteristicsoftheyieldingzone;whenthestressreachedtheultimatebearingcapacityoftherock,cracksbegantoappearintherockspecimen,andfinallyfailed.Rockspecimenswithcracksalsohadsimilarfailureprocessesunderuniaxialcompression,butthereweresomedifferences.Whentheinitialorientationofthecrackwasperpendiculartothedirectionofstress,theopeningofthecrackwouldcausestressconcentration,increasethestresslevelofthespecimen,andincreasethefailurepressurerelative.Whentheinitialorientationofthecrackwasclosetothedirectionofstress,theopeningofthecrackwouldbeconstrainedbythespecimen,leadingtostressdispersion,whichreducedthestrengthandfailurepressureofthespecimen.
Inconclusion,numericalsimulationo