压头作用下岩石微观破裂过程的细观模拟研究

本文主要探讨了压头侵入岩石的破坏过程，通过精细的细观模拟方法来深入理解这一复杂现象。研究者采用了平行粘结细观本构模型，这是一种在微观层面模拟岩石颗粒间相互作用的理论工具。该模型将岩石视为由多个相互连接的颗粒组成，这些颗粒之间的连接关系是通过平行粘结机制来描述的。 论文的核心内容聚焦于细观参数与宏观力学参数之间的映射关系，即如何通过微观行为来预测和解释岩石在受压情况下的整体响应。通过FISH语言编写的伺服程序，研究人员能够实时监测每个颗粒连接的受力状态，这有助于确定破坏的临界条件和断裂模式。他们建立了一套颗粒连接破坏准则，根据这个准则对每个连接进行强度评估，以此来模拟颗粒间的破坏过程。 实验结果显示，在压头垂直压力的作用下，岩石试样内部形成的主要破坏模式表现为3条主环向拉力链，它们与宏观的小主应力方向相一致。随着压头深入，环向拉力链的影响深度呈现出增大的趋势。同时，还观察到了与大主应力方向基本一致的径向压力链。岩石试样的裂纹产生主要是由于环向拉应力和剪应力超过了颗粒之间平行连接胶结材料的强度阈值。 这项研究对于理解岩石在实际工程中的破坏机理以及优化压头侵入工艺具有重要意义，例如在地质勘探、隧道挖掘或岩石工程等领域。通过细观模拟，可以更准确地预测和控制岩体的破裂行为，从而提高施工安全性和效率。此外，研究成果也对岩石材料的性能参数估计提供了新的途径，有助于改进材料设计和工程实践中的参数选择。