1 引言

巖體在淺部的破壞主要受結構面控制(深部露天礦邊坡穩定性---迪亞維克鉆石礦(Diavik Diamond Mine)；構造控制的隧道穩定性分析---Rock Wedge)，而巖體在深部的破壞主要取決于節理的性質和原巖應力，這就導致了巖體可能在巖石和節理面同時發生剪切破壞。在高應力的深部露天采礦和地下采礦過程中，靠近開挖面的巖體經常會發生剝落破壞，這種破壞形式是巖體受到拉伸破壞的結果，類似于單軸抗壓強度和抗拉強度試驗觀察到的現象(巖石力學---從物理試驗到數值試驗)。這種低圍壓高應力的拉伸破壞很難使用傳統的數值模擬方法和本構模型表示裂縫的擴展過程。在基于連續介質的斷裂力學有限元中，裂縫的擴展和傳播過程通常使用XFEM來模擬，例如Abaqus(Abaqus 2021 擴展有限元 XFEM新功能)。而離散元采用了不同的途徑模擬巖體裂縫的擴展。這個筆記簡要回顧了離散元模擬裂縫擴展的方法，特別強調了粘合塊體模擬BBM---Bonded Block Modeling。

2 模擬方法

離散元模擬裂縫擴展的方法有三種：第一種方法是使用voronoi單元，早期模擬巖石脆性斷裂主要使用這種方法，而且這種方法目前還在繼續使用(二維Voronoi 塊體生成方法; 三維Voronoi塊體的單軸抗壓強度試驗); 第二種方法是粘結顆粒模擬BPM(Bonded Particle Modeling)，大約在上世紀90年代中期，離散元(PFC,UDEC,3DEC)的提出者Cundall發現如果用顆粒(ball)的組合表示巖石，然后在模型中插入節理面，那么巖石的斷裂有可能沿著顆粒之間的接觸發生，也有可能沿著節理面擴展，這一思想導致了后來BPM和合成巖體SRM的提出(離散斷裂網絡(DFN)[P4]: 創建一個合成巖體SRM)；第三種方法是粘合塊體模擬BBM(Bonded Block Modeling)，這種方法借用了BPM的發展思路，但是又不同于BPM。

3 BBM應用

粘合塊體模擬BBM是3DEC使用的一種分析巖體裂縫擴展和巖體破碎的方法。BBM由一系列非常小的四面體組成，由于尺寸足夠小，因此假定塊體是彈性的，塊體之間的接觸呈彈-塑性狀態，破壞沿著這些接觸發生。生成BBM的方法有兩種，一種方法是用block zone list poly命令將每個單元轉化為block[將單元zone轉化為四面體tetrahedron---block zone list poly (BBM)],另一種方法是從Griddle[Griddle---FLAC3D和3DEC的高級網格劃分工具]中導入。如果產生較大的模型，使用Griddle比使用poly的效率高。作為一種通用的方法，盡管BBM可以應用在巖石工程的眾多領域，但是感覺應用在崩落采礦(Caving Mining)的塊體破碎分析上更合適一些。