单轴压缩下页岩类脆性材料细观损伤演化的离散元分析

来源：计算力学学报杂志2022年第3期北京时间：

作者：钟寄宸,王蕉,李翔宇,楚锡华

单位：西南交通大学 四川省应用力学与结构安全重点实验室, 力学与航空航天学院, 成都 610031,西南交通大学 四川省应用力学与结构安全重点实验室, 力学与航空航天学院, 成都 610031,西南交通大学 四川省应用力学与结构安全重点实验室, 力学与航空航天学院, 成都 610031,西南交通大学 牵引动力国家重点实验室应用力学研究所, 成都 610031,武汉大学 工程力学系, 武汉 430072

摘要：了解广泛存在的类似页岩的脆性材料各向异性对工程安全具有重要意义。本研究将页岩视为粘结颗粒材料,基于离散单元方法研究了横观各向同性脆性页岩的损伤演化。再现了不同层理角的页岩试样的破坏模式,并对比了实验和数值模拟的抗压强度和弹性模量。引入微裂纹的概念,通过定义裂纹密度函数,系统地研究了单轴压缩条件下,页岩层理角对细观结构的影响。此外基于平均配位数建立了配位数变化与细观损伤的联系,并根据配位数的变化与裂纹数量将加载过程分为三个阶段,分析了不同阶段配位数与裂纹数量的对应变化关系。研究表明,页岩的裂纹密度随着层理角的增加而增加,而试样的平均配位数在加载过程中先上升后剧烈下降,颗粒集合体在单轴压缩条件下的应力应变及裂纹数量曲线与平均配位数曲线有良好的一致性。该研究揭示了横观各向同性脆性岩石的破坏过程和内在机理,将为页岩类脆性材料的工程应用提供理论指导。

关键词：脆性材料,DEM,裂纹张量,微结构,平均配位数,

基金资助：国家自然科学基金(11902228;12072297;12172263);中央高校基本科研经费(2682021CX083;2682016ZY02)资助项目.