三维单裂隙扩展试验与数值模拟：复杂断裂机制与新方法验证

本研究论文聚焦于岩石中三维单裂隙的扩展过程，特别是针对单轴压缩条件下的试验研究和数值模拟。研究者采用了新颖的透明且脆性良好的非饱和树脂材料，制备了一系列具有不同倾角的椭圆形三维内置单裂隙的试样。试验的核心目标是理解单裂隙在压缩作用下的发展动态以及其破坏条件和机制。 实验结果显示，三维单裂隙试件的破坏过程可以分为四个阶段，这与传统的二维情况相比更为复杂。三维裂隙的扩展过程中，裂纹形态多样，包括鱼鳍状裂纹和花瓣形裂纹等，这反映了三维空间中应力分布的复杂性。研究人员在FLAC3D软件环境中开发了一种新的弹脆性破坏本构关系和分析方法，通过超细单元划分技术进行模型构建，成功模拟了三维裂隙的扩展过程。 数值模拟结果与前人三维裂隙试验数据以及二维试验中的类似发现保持了良好的一致性，这验证了所提出的数值模拟方法的有效性。进一步地，当这种模拟技术应用于双轴压缩试验时，也能与前人的实验结果保持良好的匹配，表明这种方法具有良好的通用性和准确性。 这项研究对于理解和预测岩体在工程中的稳定性至关重要，因为岩石中的原生裂隙和断层在应力作用下扩展，会显著影响岩体的力学性能和稳定性。然而，相比于二维研究，三维裂隙扩展的研究相对较少，但这项工作填补了这一领域的空白，并为进一步深入研究提供了宝贵的实证依据和数值工具。 本文通过对三维单裂隙扩展的实验与数值模拟相结合的研究，不仅深化了我们对岩石力学行为的理解，也为岩体工程中的安全评估和设计提供了科学的理论支持。