基于裂纹扩展模型的脆性岩石破裂特征及力学性能研究

来源：黄金科学技术杂志2019年第1期北京时间：

作者：李响,怀震,李夕兵,张倬瑶

单位：1. 中南大学资源与安全工程学院，湖南 长沙 410083

摘要：为了探究初始微裂纹参数分布对岩石破裂特征及力学性能的影响，进一步系统地了解脆性岩石破裂演化过程，依据线弹性断裂力学理论，建立了非均质性二维细观弹性损伤模型，并运用FLAC2D数值分析软件，数值模拟研究了单轴压缩条件下不同形态岩石试样的破裂过程。研究结果表明，当初始微裂纹长度和角度服从不同的随机分布时，岩石材料表现出不同的破裂特征，其中初始微裂纹长度和角度均服从正态分布时，岩石破裂区域较完整；初始微裂纹长度或角度服从均匀分布和指数分布时，岩石破裂区域较分散；初始微裂纹角度对于解释脆性岩石单轴抗压试验时岩石试样出现剪切破坏和劈裂破坏的原因具有一定的指导意义，且当初始微裂纹角度均值ɑ=45°时，模型具有最小的峰值强度和轴向最大应变。模型还模拟了脆性岩石单轴抗压试验、巴西劈裂试验和断裂韧度试验的演化过程，模拟结果与试验结果具有较高的一致性。

关键词：脆性岩石,初始微裂纹,裂纹扩展,破裂模式,断裂韧度,数值模拟

基金资助：国家重点研发计划“深部高应力诱导与能量调控理论”（编号：2016YFC0600706）和国家自然科学基金青年基金项目“岩石亚临界裂纹扩展的时间相关性研究”（编号：11402311）联合资助