PFC2D模拟：侧向卸载下岩体变形破裂的五阶段分析

本文主要探讨了岩体在侧向卸载作用下的变形破裂行为，利用PFC2D离散颗粒流软件进行数值模拟。PFC2D是一种广泛应用于岩土工程中的数值分析工具，它通过模拟颗粒间的相互作用，能够精确地模拟岩体的动态响应。研究者禹敏和栗继祖首先通过室内单轴压缩试验，选取与实际岩体相似的材料，获取了PFC2D计算所需的参数，如岩体的力学性质、摩擦系数等。 在侧向卸载条件下，模拟结果显示岩体的主要破坏模式是形成两条相互贯通的共轭张剪主裂纹。这种破坏过程经历了五个阶段：初期的微小裂缝扩展，随后裂纹逐渐增多并延伸，接着裂纹快速加剧并相互连接，达到临界状态后，最终引发大规模的破裂。卸载过程中，岩体表现出明显的沿卸荷方向的扩张，导致岩块之间的相对位移。 值得注意的是，岩体的扩容量与卸载速率之间存在指数衰减关系，这意味着卸载速度的增加会使得岩体的扩容效应减弱，但同时卸载速率的增大也意味着岩体的脆性特性更为显著。在这种情况下，卸载岩体的破坏行为显示出突发性、猛烈性和复杂性，这是由于卸载过程中应力集中和能量释放的快速变化所引起的。 此外，本文的工作对于理解岩体在地下工程如隧道开挖、边坡稳定等问题中的行为具有重要意义，有助于提高工程设计的安全性和稳定性。通过PFC2D数值模拟，研究人员可以预测和控制岩体的响应，从而减少工程事故的风险。该研究的关键词包括侧向卸载、变形破裂、卸载速率、失稳破坏以及单轴压缩，这些关键词反映了研究的核心内容和工程应用价值。 这篇文章提供了对岩体侧向卸载下变形破裂行为深入的理解，通过数值模拟技术揭示了其破坏机制，为岩土工程领域的理论研究和实践操作提供了宝贵的参考。