点载荷与大面积作用下岩石破裂的数值模拟对比

本文主要探讨了"不同面积载荷作用下的岩石试件破裂数值模拟"这一主题，针对岩石受拉破裂的特性进行了深入研究。该研究采用了实验和数值模拟相结合的方法，重点关注的是加载面积对岩石破裂模式的影响。研究者选取了不同直径的加载面积，包括5mm、10mm、15mm、30mm、40mm和50mm，分别进行实验和数值模拟。 实验结果显示，当加载面积较小时，如5mm，应力集中在岩石试件的整个对称轴，这类似于点载荷的作用，导致岩石破裂类似巴西劈裂，即破裂沿着一个主裂纹扩展。然而，随着加载面积的增大，应力集中的区域不再局限于对称轴，而是横向扩大，纵向缩短。这种变化表明，载荷分布的改变会显著影响岩石的破裂路径。 通过考虑拉破坏的对径受压岩石破裂数值模拟，进一步证实了这一发现：随着载荷作用面积的增加，裂纹在纵向逐渐变短，而横向破裂带的宽度则持续增大。这些模拟结果与实验数据高度吻合，强调了载荷面积大小对岩石破裂模式的显著影响。 该研究对于理解岩石力学行为、评估工程安全性和设计合理的支撑结构具有重要意义。它指出，在小面积载荷下，岩石破裂主要遵循单一主裂纹的模式，而在大面积载荷下，裂纹的扩展变得更加复杂，涉及更广泛的横向破裂带。这表明，在进行岩石工程设计时，必须考虑到载荷分布的精确控制，以确保结构的稳定性和安全性。 本文的关键点包括岩石的力学性质、非均质性和准脆性，以及非平衡、非线性的破裂过程。此外，文中提到了岩石破裂过程分析的转变，从单纯的目标导向（如求解应力场或变形场）转向全面模拟岩石结构在整个破裂过程中的动态行为。裂张单元在此研究中扮演了关键角色，用于模拟岩石在拉应力作用下的破裂现象。 这篇论文通过对不同载荷面积下岩石破裂的实验和数值模拟，深化了我们对岩石力学响应的理解，并提供了在实际工程应用中考虑载荷分布对岩石稳定性的重要指导。