巖石破壞
關(guān)注創(chuàng)建者：戰(zhàn)斗部 創(chuàng)建時間：2020-05-07
巖石破壞的視頻教程
LS-DYNA巖石單軸壓縮試驗數(shù)值模擬-輸出試樣破壞模式、應(yīng)力應(yīng)變曲線
具體包括： 1.學(xué)會鋼板、試樣建模方法，接觸類型選擇和設(shè)置； 2.學(xué)會巖石損傷云圖表征試樣壓縮破壞形態(tài)方法； 3.學(xué)會mat_add_eroison單元刪除法表征試樣壓縮破壞形態(tài)； 4.學(xué)會后處理提取試樣的軸向應(yīng)力、軸向應(yīng)變的方法，講解如何計算和如何繪圖； 5.學(xué)會加載速率的設(shè)置方法； 購買課程后可在附件免費下載K文件，歡迎隨時交流LS-DYNA問題。
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Hypermesh聯(lián)合LS-DYNA模擬超高速彈體對圓柱狀巖石侵徹動態(tài)破壞形態(tài)
本案例采用顯示動力分析有限元分析軟件 LS-DYNA，選取合適的網(wǎng)格尺寸和模型參數(shù)，建立彈體和花崗巖靶體的計算模型，采用 Lagrange 算法、花崗巖采用HJC模型，經(jīng)過不斷調(diào)試參數(shù)，獲得比較接近實驗的一組參數(shù)用于模擬，模擬和實驗的結(jié)果對照如下
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【abaqus】巖石壓縮試驗
課程名稱：abaqus巖石壓縮試驗 第一節(jié)：僅考慮彈性巖石壓縮試驗（免費） 建模（軸對稱模型） 設(shè)置材料屬性（線彈性） 施加作用力與邊界條件（單軸壓縮） 提取總的壓力 第二節(jié)：考慮摩爾-庫倫塑性的巖石壓縮試驗 第三節(jié)：考慮D-P塑性與損傷的巖石壓縮試驗 備注：破壞結(jié)果與實際巖石的破壞結(jié)果有出入，如果需要理想的破壞結(jié)果，需要用fortran對材料參數(shù)進行二次開發(fā)，自己編寫破壞準則與損傷準則
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巖石破壞的實例教程
在進行巖石類試驗時，由于巖石試件可能會突然斷裂，因此在試樣上貼應(yīng)變片往往會產(chǎn)生不可避免的誤差，而SHPB試驗系統(tǒng)可以有效避免這一現(xiàn)象，因此被廣泛應(yīng)用于巖土領(lǐng)域的動力學(xué)研究中。巖石的力學(xué)性質(zhì)具有明顯的應(yīng)變率效應(yīng)，研究巖石的動態(tài)力學(xué)性能，能夠為精細化爆破、圍巖保護、優(yōu)化爆破和支護參數(shù)提供依據(jù)，對高效破巖、改善破巖效果、提高巷道掘進速度以及保障煤礦井下安全有重要意義。
LS-DYNA軟件可以準確的模擬出這一實驗過程，目前在學(xué)術(shù)論文中非常常見，關(guān)于相關(guān)的教學(xué)資料也較多。事實上，SHPB數(shù)值模擬建模較為容易，但在進行仿真時，往往受限于損傷本構(gòu)模型而無法直接模擬出巖石試件的破壞形態(tài)。這就需要引入單元侵蝕準則，關(guān)于這一關(guān)鍵字可以在我以往帖子中或關(guān)鍵字手冊中詳細了解。我們可以根據(jù)試樣在沖擊時的受力模式，針對性的添加單元侵蝕準則，從而可以模擬出真實的巖樣破碎形態(tài)。動態(tài)壓縮和劈裂的模擬結(jié)果展示如下：
（1）動態(tài)壓縮
（2）動態(tài)劈裂
另外，SHPB模擬也應(yīng)注重入射波的整形問題，盡量避免矩形波的出現(xiàn)，我們可以通過建立紡錘形彈體或變截面入射桿來將入射波整形為標準的半正弦波。事實上，目前更流行的是直接對入射桿端面加載自己試驗打出來的波形，這樣反而更能真實地模擬出自己試驗時的三波波形。
展開 隨著荷載的增加,裂尖的水平方向的應(yīng)力狀態(tài)符合MC破壞準則發(fā)生破壞。整個過程中,壓剪應(yīng)力場中裂紋的擴展方向沿著最大拉應(yīng)力方向（圖4(c））。
圖4 巖石破壞截面圖（單位：MPa)
圖5 應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖
從模型提取巖石應(yīng)力-應(yīng)變曲線（圖5）,巖石抗壓強度峰值為3.23 MPa,此時峰值應(yīng)變?yōu)?.033。巖石在早期受壓的過程中,巖石內(nèi)部裂隙閉合,基體壓密。在此階段,巖石變形較小。隨后,巖石處于彈性變形階段（OA階段）。隨著荷載的增加,巖石發(fā)生非線性變形。巖石裂隙周邊基體逐漸達到抗壓強度,并發(fā)生破壞。該階段的裂隙穩(wěn)定發(fā)展,內(nèi)部能量不斷積累,積累速度較慢（AB階段）。B點為巖石屈服點,當巖石抗壓強度大于該處的應(yīng)力值時,巖石內(nèi)部能量瞬間釋放,基體發(fā)生破壞。在該點之后,裂隙不斷擴展、貫通,最終形成宏觀裂縫。
5 結(jié)論
(1）在荷載作用下,巖石裂隙尖端出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象,破壞始于裂隙尖端。斜裂隙水平、豎直擴展的方向垂直與裂隙的長邊。
(2）豎向荷載下,裂隙下部的受拉區(qū)域明顯大于上部,裂隙下部先于上部發(fā)生破壞。整個受壓過程中,主要為剪切破壞模式。
(3）由于隧洞處于軟弱地層,此處巖石粘聚力較小C=0.10 MPa,巖石應(yīng)變ε=0.033時,巖石峰值應(yīng)力σ=3.23 MPa。為避免巖石裂隙擴展引起興隆山隧道圍巖失穩(wěn),采用灌漿措施填充裂隙以提高巖石強度。同時,該方法能夠有效減小圍巖松動壓力。
文章來源：陜西水利
展開 1 引言
在<巖石邊坡工程課程---邊坡破壞模式(C1,C2)>的基礎(chǔ)上, 這個筆記簡要總結(jié)了C3的核心部分---邊坡破壞的原因, 即邊坡穩(wěn)定性的影響因素. 本質(zhì)上來說,這是一個非常寬廣和需要深入討論的話題, 但在有限的時間內(nèi)不能覆蓋所有內(nèi)容, 僅從與后面課程內(nèi)容銜接的角度講授了最重要的部分.
2 邊坡破壞的原因
影響邊坡穩(wěn)定性的因素有內(nèi)在因素與外在因素兩個方面。內(nèi)在因素包括組成邊坡巖體的性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力(構(gòu)造應(yīng)力)等，這些因素常常起著控制和主導(dǎo)作用; 外在因素包括地表水和地下水的作用、地震、風(fēng)化作用、人工挖掘、爆破以及工程荷載等。此外, 邊坡外形既是內(nèi)因也是外因. 除了這些總的論述外, 本次課程把重點集中在節(jié)理巖體性質(zhì)和地應(yīng)力這兩個方面.
3 節(jié)理巖體的性質(zhì)
對于原巖應(yīng)力較小的淺層節(jié)理巖體，原巖本身破壞的可能性較小，主要的破壞模式是沿著不連續(xù)面發(fā)生滑動，因此巖體結(jié)構(gòu)控制著邊坡穩(wěn)定性. 首先回顧了工程地質(zhì)學(xué)的基礎(chǔ)概念: 走向,傾向,傾角, 接著著重講解了節(jié)理間距, 節(jié)理長度, 粗糙度以及節(jié)理內(nèi)的充填物等影響邊坡穩(wěn)定的關(guān)鍵因素. 一些擴展討論參看下面的鏈接.
展開 圖2嵌入cohesive單元命令
5結(jié)果
5.1損傷單元動態(tài)分布云圖
6結(jié)論
應(yīng)用cohesive單元可以很好地模擬巖土類內(nèi)部單元損傷破壞的現(xiàn)象，相對于試驗，其簡單的仿真操作步驟極大降低了時間、經(jīng)濟成本，能夠知道巖土內(nèi)部破壞的參數(shù)優(yōu)化及損傷預(yù)測。
參考文獻
[1]江丙云.ABAQUS分析之美[M].北京：人民郵電出版社，2021.
高壓水射流沖擊
巖石破壞的相關(guān)專題、標簽、搜索
巖石破壞的最新內(nèi)容
相場法主要用在彈模比較大的且以張拉破壞為主的巖石壓裂過程中，對于軟煤可能存在失效的問題。
RFPA比較適用于脆性巖石的壓裂或者破壞，模擬出來的效果也比較好，但是應(yīng)用在煤的壓裂時，形成的裂縫很寬，并不能很好的反映壓裂效果。我目前借助使用比較多的COMSOL with Matlab平臺，初步實現(xiàn)了實驗室和現(xiàn)場中裂隙煤體中復(fù)雜裂縫擴展的模擬。
巖石破壞始于裂隙擴展,終于巖石整體的破壞。在加載初期（圖4(a））,橢圓形裂隙的兩端應(yīng)力不斷增加,出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。此時最大Mises應(yīng)力為1.08 MPa,最大主應(yīng)力為0.63 MPa。隨著豎向荷載的不斷增加（圖5(b））,裂隙尖端的單元體率先達到破壞條件被刪除。裂隙擴展主要有水平和豎直兩個方向,均垂直于裂隙的長邊。
根據(jù)模擬結(jié)果，我們還可以分析由完整巖石脆性破壞和（或）天然裂隙摩擦滑動引起的誘發(fā)地震活動的時空演變（圖4）。
圖2 注液過程中裂隙巖石的壓力演化與損傷擴展。
高壓水射流沖擊
但是需要注意的是，礦物晶粒的尺度對巖石而言是相當微小的，考慮礦物晶粒的破壞對巖石而言是否有必要還應(yīng)當?shù)玫竭M一步的考量。當然本文是一個純技術(shù)層次的探討，不在模擬假定方面進行深入探討。
1 生成晶粒顆粒
這里指定了晶粒的尺寸大小，當然各位可以根據(jù)晶粒名稱去指定更加復(fù)雜的晶粒級配。
不同加載條件下巖石破壞產(chǎn)生的次聲波信號特征試驗研究[J].
不同切削深度下二維巖石切削分析
線性切削廣泛應(yīng)用于巖石的數(shù)值試驗中，在線性切削過程中切削刀具以設(shè)定的速度劃過巖石表面，同時以不同深度切削巖石，切削破壞表層部分巖石材料。使用ABAQUS有限元軟件建立單刀線性切削巖石材料仿真模型，研究切削深度對巖石切削中切削力的影響。
1.計算模型
運用有限元顯示動力學(xué)分析方法進行仿真模擬計算。
1背景與目的
我們知道cohesive單元常常被用來模擬裂紋損傷，在巖石內(nèi)部壓裂的仿真中同樣如此，通過cohesive單元嵌入、定義失效準則可以很好地再現(xiàn)裂紋損傷現(xiàn)象，相對于試驗，這是仿真無與倫比的巨大優(yōu)勢。本文通過ABAQUS分析技術(shù)，應(yīng)用cohesive單元來模擬水力裂縫的現(xiàn)象。
2問題描述
模型為水力壓裂施工的目標地層，地層深度為2000m，壓裂目標層厚度10m，上下層厚度均為20m
研究結(jié)論：
1、基于三軸壓縮巖石力學(xué)實驗分析可知，蘆草溝組含油頁巖在軸向載荷未達到峰值強度時，試樣主要呈現(xiàn)為彈性變形，峰值強度后，應(yīng)力隨應(yīng)變迅即跌落，其變形破壞呈現(xiàn)出顯著的脆性特征; 且層理、微裂縫等結(jié)構(gòu)面發(fā)育以及低圍壓條件都將加劇巖石破壞的碎裂程度。具備壓裂改造形成復(fù)雜縫網(wǎng)的內(nèi)在地質(zhì)力學(xué)條件。
泰斯特博士說，一種解決方案是注入“干熱巖石”，這個過程會破壞巖石，使發(fā)電廠在加熱后能收集注入的水用于發(fā)電。美國去年通過的兩黨基礎(chǔ)設(shè)施法案投入了8400萬美元用于這樣的創(chuàng)新，即所謂的增強地?zé)嵯到y(tǒng)。這些系統(tǒng)可以使工程師能夠擴大建造地?zé)岚l(fā)電廠的地理范圍。
