受边界条件约束。而对于小尺寸试件，受到结构尺寸的限制，断裂过程区并不能充分扩展，增大到定程度后长度减小，因此仅能观察到起始扩展和衰减扩展两个阶段。当断裂过程区达到饱和长度后，其长度在裂纹扩展过程中保持恒定，因此断裂过程区的饱和长度，应为与断裂过程区相对于结构的尺寸密切相关。图给出了不同尺寸的构件在峰值荷载下断裂过程区长度，随着构件尺寸的增加，断裂过程区相对长度逐渐减小。图峰值荷载下断裂过程区从绝对长度看，断裂过程区长度随着结构尺寸的增大而增大图。当试件尺寸足够大时，如半径试件，断裂过程区长度能够扩展到最大值，约为。根据大尺寸试件断裂过程区的扩展规律，离散元基础上岩石断裂尺寸效应及断裂过程区演化特征分析岩石学论文，该区域由软化的微裂隙构成，仍然能承受荷载。图裂纹扩展演化示意图断裂过程区的长度，也随着加载过程逐渐改变，因此监测了断裂过程区随着荷载增加的变化过程。以半径半圆盘的点弯曲为例，图给出了不同加载阶段的断裂过程区长度变化，图分别对应于荷载位移曲线图上的点，图中短线代表接触部分，折线段代表线性拟合的断裂过程区中心线，线为抗拉强度为尺寸效应的两个参数，可通过拟合得到。荷载位移曲线及应力分布特征为便于尺寸效应的研究，荷载通常表示为名义应力。名义应力计算公式为式中，为施加在结构上的荷载为巴西半圆盘的半径为结构的厚度。数值试验所得的名义应力相对位移曲线见图。在点弯曲荷载作用下，小尺寸半圆盘试样延性性质显著，荷载平稳缓慢地进入峰后残余阶段度方向的相对坐标，预制裂缝尖端的相对坐标为，半圆盘顶端的相对坐标为横轴为跨中截面的法向应力，其最大值为接触的抗拉强度。在峰值荷载作用下，最大拉应力在预制裂缝尖端与圆盘顶部之间的点，该点为断裂过程区尖端，该尖端以上为弹性区，以下为软化区，即断裂过程区。断裂过程区尖端到预制裂缝尖端的相对坐标即为断裂过程区相对长度。该应力分布清晰地显示断显然，通过式可获得法向和切向两个独立的损伤变量，但损伤因子为材料内部特性，尽管切向弹簧仍处于弹性阶段，由法向张拉引起的材料损伤将会引起切向损伤，使切向强度降低，因此可认为切向和法向损伤致，接触损伤因子取值为，。接触力位移曲线与坐标轴围成的面积则代表接触断裂所释放的能量，而断裂能是材料断裂的重要物理常度难以同时满足。考虑到在型断裂测试中，抗拉强度更为关键，标定过程应尽可能使抗拉强度接近试验值。幂律型软化模型及微观材料参数幂律型位移软化接触模型基于接触黏结模型，在中开发了幂律型位移软化接触模型，模型将接触分解为法向和切向弹簧，其峰后的接触强度满足表达式式中，分别为软化后的法向拉伸和切向剪切接触强度为法向和切向接触刚度分别为相对法向拉伸和切向剪切接触位移为法向接触力为接触摩擦系数为接触损伤因子为括号。法向和切向弹簧具有独立的位移状态，相应的损伤变量表达式为式中，为极限弹性位移为控制软化曲线初始斜率的参数。离散元基础上岩石断裂尺寸效应及断裂过程区演化特征分析岩石学论文，但损伤因子为材料内部特性，尽管切向弹簧仍处于弹性阶段，由法向张拉引起的材料损伤将会引起切向损伤，使切向强度降低，因此可认为切向和法向损伤致，接触损伤因子取值为，。接触力位移曲线与坐标轴围成的面积则代表接触断裂所释放的能量，而断裂能是材料断裂的重要物理常数。因此，峰后软化曲线的形状应由断裂能控制，即软化曲的抗拉强度。在峰值荷载作用下，最大拉应力在预制裂缝尖端与圆盘顶部之间的点，该点为断裂过程区尖端，该尖端以上为弹性区，以下为软化区，即断裂过程区。断裂过程区尖端到预制裂缝尖端的相对坐标即为断裂过程区相对长度。该应力分布清晰地显示断裂过程区相对长度与结构尺寸有关。在点弯曲荷载作用下，下部分为拉应力，上部分为压应力。压应力的存在限制了断裂过离散元基础上岩石断裂尺寸效应及断裂过程区演化特征分析岩石学论文别为法向和切向接触刚度分别为相对法向拉伸和切向剪切接触位移为法向接触力为接触摩擦系数为接触损伤因子为括号。法向和切向弹簧具有独立的位移状态，相应的损伤变量表达式为式中，为极限弹性位移为控制软化曲线初始斜率的参数。离散元基础上岩石断裂尺寸效应及断裂过程区演化特征分析岩石学论文轴抗拉强度和抗压强度。由此标定的微观物理力学参数，。通过离散元模拟获得的宏观物理力学参数弹性模量为，泊松比为，单轴抗拉强度为，单轴抗压强度。其中单轴抗压强度与试验值有较大差距，这是由于通过圆形颗粒的离散元模拟所能达到的单轴抗压和抗拉强度比约为倍，远低于大多数岩石材料的试验值倍，因此单轴抗压和抗拉家自然科学基金青年基金项目资助项目。荷载位移曲线及应力分布特征为便于尺寸效应的研究，荷载通常表示为名义应力。名义应力计算公式为式中，为施加在结构上的荷载为巴西半圆盘的半径为结构的厚度。数值试验所得的名义应力相对位移曲线见图。在点弯曲荷载作用下，小尺寸半圆盘试样延性性质显著，荷载平稳缓慢地进入峰后残余阶段而大尺寸试样的荷载位移为了在离散元方法中模拟花岗岩的宏观物理力学参数，需对微观材料接触参数进行标定确定微观输入断裂能，对于圆形颗粒结构，输入的微观断裂能约为宏观断裂能的倍确定微观弹性参数，模拟单轴压缩试验，通过调整接触刚度，逼近花岗岩的弹性模量和泊松比确定微观强度参数，模拟单轴拉伸单轴压缩，通过调整接触强度和摩擦系数，逼近花岗岩的单线控制参数由下式确定式中，珚为两个接触颗粒的平均半径为中圆盘颗粒的厚度。幂律型软化模型及微观材料参数幂律型位移软化接触模型基于接触黏结模型，在中开发了幂律型位移软化接触模型，模型将接触分解为法向和切向弹簧，其峰后的接触强度满足表达式式中，分别为软化后的法向拉伸和切向剪切接触强度分区的扩展，同时这也是其峰后荷载位移曲线存在残余阶段的重要原因。图峰值荷载作用下跨中截面应力分布结构的尺寸效应将荷载峰值表示为，对应的名义应力峰值表示为，与巴西半圆盘半径的关系，可由尺寸效应理论描述式中，为抗拉强度为尺寸效应的两个参数，可通过拟合得到。显然，通过式可获得法向和切向两个独立的损伤变量线在峰后陡降，表现出较强的脆性性质。图名义应力相对位移关系曲线在峰值荷载作用下，跨中截面在预制裂缝尖端以上的法向应力分布见图，该应力由中测量圆算法得到，为了提高应力测量精度，每个测量圆中仅包含了个接触。图中纵轴为沿半圆盘高度方向的相对坐标，预制裂缝尖端的相对坐标为，半圆盘顶端的相对坐标为横轴为跨中截面的法向应力，其最大值为接触离散元基础上岩石断裂尺寸效应及断裂过程区演化特征分析岩石学论文了基础，亦为合理评价岩石线弹性断裂韧度提供了参照。参考文献王文标，黄晨光，赵红平，等结构破坏的尺度律力学进展，段宇，宿辉，唐阳花岗岩巴西劈裂试验红外热像特征及颗粒流数值模拟研究水电能源科学严鸿川，刘怀忠，肖明砾，谢红强，何江达基于离散元的岩石断裂尺寸效应及断裂过程区演化特征分析水电能源科学，基金国家重点研发计划重点专项料的特征长度。对于花岗岩，本文模拟获得的，约为。等利用声发射技术测量了花岗岩的断裂过程区最大长度，约图，与数值模拟值近似。此外，离散元模拟的断裂过程区范围亦与声发射监测的微裂隙范围相近。图最大断裂过程区范围结论在幂律型位移软化接触模型的基础上，采用离散元方法较好地模拟了将扩展过程分为个阶段起始扩展。在加载初期，断裂过程区长度随着加载过程逐渐增大，初始裂缝尖端塑性逐渐增强，但是尚未完全裂开饱和扩展。在断裂过程区达到饱和长度以后，在随后的裂纹扩展过程中，断裂过程区保持饱和长度衰减扩展。在断裂过程区接近结构边界或拉应力区边界时，受边界影响，断裂过程区长度随加载过程逐渐减小。图结构尺寸对断裂过程区的影响需框代表按软化接触面积等效的断裂过程区范围。图断裂过程区演化过程随着加载的增大，断裂过程区长度呈现出先增大后减小的趋势，断裂过程区长度在荷载位移曲线的峰后达到最大值，即当荷载达到峰值时，断裂过程区长度并非最大，其余尺寸试样的断裂过程区亦具有相同的规律。断裂过程区的尺寸效应特征随着岩体结构尺寸的增大，破坏模式由延性破坏转变为脆性破坏，而这转大尺寸试样的荷载位移曲线在峰后陡降，表现出较强的脆性性质。离散元基础上岩石断裂尺寸效应及断裂过程区演化特征分析岩石学论文。图尺寸效应及拟合曲线断裂过程区演化特征分析断裂过程区扩展演化特征当颗粒随机排列时，裂缝沿着不规则的路径扩展，图为裂纹扩展演化示意图，裂纹扩展可分为两个部分，是完全裂开的裂纹，其特点是丧失承载能力是软化的断裂过程过程区相对长度与结构尺寸有关。在点弯曲荷载作用下，下部分为拉应力，上部分为压应力。压应力的存在限制了断裂过程区的扩展，同时这也是其峰后荷载位移曲线存在残余阶段的重要原因。图峰值荷载作用下跨中截面应力分布结构的尺寸效应将荷载峰值表示为，对应的名义应力峰值表示为，与巴西半圆盘半径的关系，可由尺寸效应理论描述式中，常数。因此，峰后软化曲线的形状应由断裂能控制，即软化曲线控制参数由下式确定式中，珚为两个接触颗粒的平均半径为中圆盘颗粒的厚度。图名义应力相对位移关系曲线在峰值荷载作用下，跨中截面在预制裂缝尖端以上的法向应力分布见图，该应力由中测量圆算法得到，为了提高应力测量精度，每个测量圆中仅包含了个接触。图中纵轴为沿半圆盘