裂隙擴(kuò)展
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-09-26
裂隙擴(kuò)展的視頻教程
PFC基礎(chǔ)算例教程
第五章節(jié)從模擬邊坡講解離心原理的實(shí)現(xiàn)、后處理技巧以及動(dòng)圖制作（視頻中提到的軟件放在文檔中） 第六章節(jié)從模擬巖石單軸與巴西劈裂來(lái)講解膠結(jié)物的生成 第七章節(jié)從模擬預(yù)制裂隙的裂紋擴(kuò)展，講解一下微裂縫以及塊體分析 第八章節(jié)從樁基邊坡講解土工構(gòu)件的模擬 第九章講解一下能量轉(zhuǎn)化
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裂隙擴(kuò)展的實(shí)例教程
本節(jié)將破壞準(zhǔn)則（1）嵌入VUSDFLD子程序中,對(duì)含預(yù)制裂隙巖石在單軸壓縮試驗(yàn)進(jìn)行模擬。
巖石破壞始于裂隙擴(kuò)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(shí)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(dá)到破壞條件被刪除。裂隙擴(kuò)展主要有水平和豎直兩個(gè)方向,均垂直于裂隙的長(zhǎng)邊。加載后期（圖4(c））,裂隙周邊達(dá)到破壞條件的單元體增加,裂隙不斷擴(kuò)展,最終形成宏觀裂縫。
裂隙的上下兩側(cè)大部分區(qū)域受拉,裂隙下部的受拉區(qū)域明顯大于上部（圖4(b））,最大受拉應(yīng)力集中區(qū)域在裂隙尖端附近。隨豎向應(yīng)力的增大,預(yù)制裂隙擴(kuò)展,試件內(nèi)部拉應(yīng)力分布情況發(fā)生變化。翼裂紋在拉應(yīng)力集中區(qū)擴(kuò)展,其位置隨反翼裂紋擴(kuò)展過(guò)程中裂尖的變化而變化。同時(shí),壓應(yīng)力最大值集中在裂尖附近,隨著荷載的增大,最大壓應(yīng)力值不斷增大且集中越明顯。而且,壓剪應(yīng)力最大值區(qū)域靠近裂隙的里面,拉剪應(yīng)力最大值區(qū)域位于裂隙尖端。隨著荷載的增加,壓剪應(yīng)力最大值區(qū)與拉剪應(yīng)力最大值區(qū)不斷沿裂隙尖端水平方向移動(dòng)。
試件在加載前期,剪應(yīng)力最大值區(qū)域、最小主應(yīng)力最大值區(qū)域主要集中在預(yù)制裂隙的水平方向裂尖區(qū)域,最大主應(yīng)力區(qū)域主要集中在豎直方向裂尖區(qū)域。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(zhǔn)則發(fā)生破壞。整個(gè)過(guò)程中,壓剪應(yīng)力場(chǎng)中裂紋的擴(kuò)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(qiáng)度峰值為3.23 MPa,此時(shí)峰值應(yīng)變?yōu)?.033。巖石在早期受壓的過(guò)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）。
展開(kāi) 當(dāng)炸藥起爆時(shí)，壓力急劇增大，爆破孔周圍巖體被壓碎形成破碎區(qū)，而周圍巖體受到拉應(yīng)力產(chǎn)生裂縫，形成裂隙擴(kuò)展區(qū)。本案例巖石模型采用003號(hào)材料*MAT_PLASTIC_KINEMATIC，裝藥方式采用空氣不耦合裝藥，通過(guò)定義失效準(zhǔn)則，使得巖體產(chǎn)生破碎及擴(kuò)展裂隙，模擬結(jié)果如下
本案例適用于研究爆炸、沖擊、侵徹動(dòng)力學(xué)的朋友，下面附上該模擬的K文件，大家有疑問(wèn)可以在私信我，歡迎交流！
巖體中的裂隙直接影響爆破應(yīng)力波在巖體中的傳播，進(jìn)而影響爆破效果。本案例研究了含裂隙巖體爆破中裂紋的擴(kuò)展及損傷過(guò)程，Ls-dyna模擬了爆炸應(yīng)力波在裂隙巖體中的傳播特性。結(jié)果表明:爆破過(guò)程中應(yīng)力波分布不均勻，主要向自由表面?zhèn)鞑ラ]合型宏觀裂隙阻礙爆炸應(yīng)力波的傳播，且在裂隙處會(huì)止裂，裂紋及損傷會(huì)繞過(guò)裂隙處，模擬結(jié)果如下 ：
圖1 含裂隙巖體爆破裂紋及擴(kuò)展有限元模型
圖2 含裂隙巖體爆破裂紋及擴(kuò)展過(guò)程
圖3 含裂隙巖體爆破裂紋及等效應(yīng)力波傳播過(guò)程
本案例適用于研究爆炸、沖擊、侵徹動(dòng)力學(xué)的朋友，下面附上該模擬的K文件，大家有疑問(wèn)可以在私信我，歡迎交流！
展開(kāi) 當(dāng)炸藥起爆時(shí)，壓力急劇增大，爆破孔周圍巖體被壓碎形成破碎區(qū)，而周圍巖體受到拉應(yīng)力產(chǎn)生裂縫，形成裂隙擴(kuò)展區(qū)。本案例巖石模型采用272號(hào)材料*MAT_RHT，模型算法采用ALE(任意拉格朗日-歐拉算法），由材料自帶的損傷參數(shù)獲得巖體產(chǎn)生破碎去及擴(kuò)展裂隙過(guò)程，模擬結(jié)果如下
圖1 巖體斷面裂紋擴(kuò)展模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較
圖2 巖體斷面裂紋擴(kuò)展及損傷變化模擬結(jié)果
本案例適用于研究爆炸、沖擊、侵徹動(dòng)力學(xué)的朋友，下面附上該模擬的K文件，大家有疑問(wèn)可以在私信我，歡迎交流！
展開(kāi) 針對(duì)裂隙多孔介質(zhì)流體注入引起天然裂隙的激活，巖石產(chǎn)生新?lián)p傷形成水力裂縫，本案例建立了裂隙多孔介質(zhì)流固耦合-損傷模型，實(shí)現(xiàn)如下功能：
（1）采用comsol with matlab建立隨機(jī)天然裂隙網(wǎng)絡(luò)幾何模型；
（2）針對(duì)天然裂隙，建立裂隙模型，考慮其變形過(guò)程對(duì)裂縫寬度和滲透率的影響，可得到裂隙寬度分布；
（3）考慮損傷演化過(guò)程和流固耦合作用，巖石孔隙度和滲透率隨著損傷和應(yīng)力大小變化；
（4）可用于分析水力裂隙擴(kuò)展以及壓后滲透率改變等。
部分結(jié)果圖：
幾何模型
Mises stress分布
Pressure分布
Damage分布
Fracture width分布
參考文獻(xiàn)：
Qinghua Lei. Modelling fluid injection-induced fracture activation, damage growth, seismicity occurrence and connectivity change in naturally fractured rocks. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 138 (2021) 104598.
展開(kāi) 
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裂隙擴(kuò)展的最新內(nèi)容
為增強(qiáng)圍巖穩(wěn)定性,采用灌漿措施填充圍巖裂隙以抑制圍巖內(nèi)部裂隙的擴(kuò)展。
關(guān)鍵詞：圍巖;裂隙;MC準(zhǔn)則;VUSDFLD;二次開(kāi)發(fā);單元?jiǎng)h除算法;
1 引言
水工隧洞地質(zhì)情況復(fù)制,部分隧洞圍巖內(nèi)部含有天然缺陷,這些缺陷以裂隙的方式存在。在開(kāi)挖擾動(dòng)作用下,裂隙擴(kuò)展成宏觀裂縫,導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)引發(fā)安全事故。因此,對(duì)隧洞圍巖裂隙擴(kuò)展規(guī)律展開(kāi)研究具有重要意義。
巖體中的裂隙直接影響爆破應(yīng)力波在巖體中的傳播，進(jìn)而影響爆破效果。本案例研究了含裂隙巖體爆破中裂紋的擴(kuò)展及損傷過(guò)程，Ls-dyna模擬了爆炸應(yīng)力波在裂隙巖體中的傳播特性。結(jié)果表明:爆破過(guò)程中應(yīng)力波分布不均勻，主要向自由表面?zhèn)鞑ラ]合型宏觀裂隙阻礙爆炸應(yīng)力波的傳播，且在裂隙處會(huì)止裂，裂紋及損傷會(huì)繞過(guò)裂隙處，模擬結(jié)果如下 ：
當(dāng)炸藥起爆時(shí)，壓力急劇增大，爆破孔周圍巖體被壓碎形成破碎區(qū)，而周圍巖體受到拉應(yīng)力產(chǎn)生裂縫，形成裂隙擴(kuò)展區(qū)。
當(dāng)炸藥起爆時(shí)，壓力急劇增大，爆破孔周圍巖體被壓碎形成破碎區(qū)，而周圍巖體受到拉應(yīng)力產(chǎn)生裂縫，形成裂隙擴(kuò)展區(qū)。本案例巖石模型采用003號(hào)材料*MAT_PLASTIC_KINEMATIC，裝藥方式采用空氣不耦合裝藥，通過(guò)定義失效準(zhǔn)則，使得巖體產(chǎn)生破碎及擴(kuò)展裂隙，模擬結(jié)果如下
本案例適用于研究爆炸、沖擊、侵徹動(dòng)力學(xué)的朋友，下面附上該模擬的K文件，大家有疑問(wèn)可以在私信我，歡迎交流！
針對(duì)裂隙多孔介質(zhì)流體注入引起天然裂隙的激活，巖石產(chǎn)生新?lián)p傷形成水力裂縫，本案例建立了裂隙多孔介質(zhì)流固耦合-損傷模型，實(shí)現(xiàn)如下功能：
（1）采用comsol with matlab建立隨機(jī)天然裂隙網(wǎng)絡(luò)幾何模型；
（2）針對(duì)天然裂隙，建立裂隙模型，考慮其變形過(guò)程對(duì)裂縫寬度和滲透率的影響，可得到裂隙寬度分布；
（3）考慮損傷演化過(guò)程和流固耦合作用，巖石孔隙度和滲透率隨著損傷和應(yīng)力大小變化；
（4）可用于分析水力裂隙擴(kuò)展以及壓后滲透率改變等
預(yù)制裂隙的裂紋擴(kuò)展也是近年比較熱的研究課題，因?yàn)閹r石往往不會(huì)是一個(gè)完整的，所以研究含裂隙的巖石非常有必要。但是隨機(jī)裂隙又不是特別的規(guī)律性，所以預(yù)制裂隙的研究就顯得尤為重要。
這里介紹三種預(yù)制裂隙的方法。
一、刪除顆粒形成預(yù)制裂隙
這個(gè)是最簡(jiǎn)單也是最直接的方法，直接根據(jù)裂隙的角度、長(zhǎng)度、厚度，在我們需要加裂隙的地方刪除原本存在的顆粒。
裂隙的產(chǎn)生擴(kuò)展通過(guò)添加*MAT_ADD_EROSION控制材料失效標(biāo)準(zhǔn)。本案例設(shè)置的是mnpres失效，即拉應(yīng)力失效，具體數(shù)值根據(jù)材料動(dòng)載破壞強(qiáng)度和期望效果調(diào)整。
Uncoupling_1_25.k
Abaqus可很好地模擬巖土的力學(xué)性能及對(duì)巖土工程的各個(gè)方面進(jìn)行模擬，包括非線性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、瞬態(tài)固結(jié)、穩(wěn)態(tài)流變、井點(diǎn)降水、土體液化分析、施工過(guò)程、巖土的應(yīng)力-變形與穩(wěn)定性、邊坡應(yīng)力及穩(wěn)定性、邊坡和硐室錨固效應(yīng)分析、路基、底座、深基坑、樁等的承載能力與沉陷分析、土體與鋼筋混凝土道路主體間的相互作用、錨固鋼纜、 預(yù)應(yīng)力鋼筋、鋼支撐、隧道加強(qiáng)筋等鋼結(jié)構(gòu)與巖土和混凝土在溫度和外力作用下裂隙的分布與擴(kuò)展過(guò)程模擬
徑向裂隙產(chǎn)生后，爆生氣體進(jìn)一步泄放，裂隙繼續(xù)延伸擴(kuò)展，巖體加劇破碎。根據(jù)自由面距離和炸藥量等，巖體被破壞,可能被拋出形成爆破漏斗，或向自由面微微隆起。
二、仿真工具
本文采用Oasys、HyperWorks 前后處理器和LS-DYNA V971 求解器。
壓裂擴(kuò)展過(guò)程裂隙張開(kāi)度以及節(jié)理巖體滲透系數(shù)
3）瞬態(tài)滲流與應(yīng)力分析的雙向耦合，真實(shí)模擬水力壓裂過(guò)程。
4）基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)反演，有效地解決了參數(shù)不確定性問(wèn)題，保證了模型的有效性。
