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ABAQUS損傷斷裂(例2) 盾構機在砂漿環境下掘進的巖石破碎模擬采用顯示動力學分析：該模型模擬盾構機在砂漿中掘進的巖石破碎，采用耦合歐拉拉格朗日法模擬砂漿環境下，盾構機刀盤與巖石之間的相互作用，巖石應力達到破碎時采用單元刪除技術消除掉已失去抵抗力的巖石。砂漿模擬為歐拉體，巖石及盾構機刀盤為拉格朗日體，其中盾構機刀盤模擬為剛體。

(1) 使用離散裂縫網絡模擬巖石邊坡的斷裂強度(Fracture intensity modelling in rock slopes and field representativeness evaluation using discrete fracture networks)在DFN模型中定義斷裂強度(fracture intensity)是至關重要的，因為需要一個良好的細化水平來充分代表原位巖石的邊坡條件

從力學機理層面看，巖石切削本質是刀具與巖石接觸區的應力集中引發的脆性斷裂過程，伴隨多條微裂紋的萌生、擴展與貫通。Cohesive單元基于**內聚力模型（Cohesive Zone Model, CZM）**，可通過定義牽引-分離準則，精準描述巖石材料的斷裂過程：單元內部應力達到粘結強度前，表現為彈性變形；應力超過閾值后，單元剛度退化并伴隨能量耗散，直至單元失效形成裂紋。

盾構機掘進時的巖石破碎模擬(含單元刪除技術) 采用顯示動力學: 盾構機刀盤模擬為剛體，在轉動掘進的過程中破碎巖石。在巖石達到破碎應力后，采用單元刪除技術刪除掉已破碎的巖石單元。

在持續加載下仍能保持其峰值強度的巖石被稱為完全塑性(延展性)。當巖石的強度超過其峰值強度時，瞬間下降到剩余強度特性的巖石質量被稱為完全脆性。因此，脆性控制著巖體隨著累積應變的增加應力的屈服速率。(3) 模量軟化。在屈服和運動過程中，隨著完整巖塊斷裂、分離和旋轉導致巖體體積增加。巖石體積變大模量就會減少。隨著巖體體積膨脹，其承載力會降低。(4) 體積膨脹。

【學科】：材料科學技術_材料科學技術基礎 _材料科學基礎 _材料物理及化學基礎【相關名詞】：線彈性斷裂力學 彈塑性斷裂力學 巖石斷裂力學 圖片來源：視覺中國【延伸閱讀】固體材料的破壞過程，一個非常基礎的問題，卻和湍流模型并列為固體力學和流體力學的兩大難題。

1 引言最近15年來，離散斷裂網絡DFN在巖石工程中得到了逐漸的普及和應用，應用領域包括邊坡和地下開挖穩定性分析，仿真巖石力學試驗以獲得真實的巖體強度以及預測崩落采礦的巖石破碎性能等。本公眾號以前討論過大量DFN方面的研究，Top 15文章如下所示。 下面的試驗與討論基于UDEC/3DEC 7.0。

他是斷裂巖石熱-水力-機械-化學過程 ISRM 委員會的秘書長，ARMA 未來領導人，以及 ARMA 地下儲存和利用技術委員會的創始成員。 本文內容來自 COMSOL 博客

2.計算參數密度：2600kg/m3彈性模量2000000000pa泊松比0.3斷裂應變0.002內摩擦角41.84°;剪漲角5°;屈服應力10900000pa失效位移0.00013.計算工況切削速度為15mm/s，切割時間為0.5s，質量縮放為10000。 建立切削深度為0.1 mm -1.8mm共18個工況。

巖石致密堅硬，抗水性和抗風化能力強，力學強度高，抗壓強度多大于98兆帕。 （4）軟硬相間層狀碎屑巖夾碳酸鹽巖。 碳酸鹽巖、石英砂巖、粉砂巖等抗壓強度較高，頁巖抗壓強度低。但碳酸鹽巖因巖溶發育，強度有所降低，尤其在斷裂破碎帶。 4、碳酸鹽巖類 該巖類的工程地質特征主要與巖石的巖溶化程度有關。

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。

然而在實際情況下,由于損傷斷裂的存在,勢必會使得一些單元消失或者完全的失效。為有效實現單元失效或者單元消失的情況,ABAQUS軟件平臺提供單元刪除功能以供使用。考慮圖3(a）所示的桿,它從原來的位置AB拉伸并旋轉到新位置A'B'。這種變形可以分兩個階段實現：首先拉伸桿,見圖3(b）。然后通過對其施加剛體旋轉來旋轉,見圖3(c）。

目前，在工業界有三個備受關注的3D LEM分析軟件：(1) SLIDE3---它是SLIDE2的三維版本，SLIDE3的專長是采礦巖石力學，因此對于分析巖石工程邊坡，特別是采礦工程邊坡SLIDE3是最好的選擇; (2) Fracman---Fracman的專長是離散斷裂網絡，因此如果要分析巖體的隨機斷裂(包括巖橋破壞)和巖石邊坡穩定性, Fracman提供了非常優秀的功能; (3) Plaxis LE

火星好奇號車傳回的最新照片揭示了火星表面巖石一個相當有趣的特征：它看起來像是一個完美雕刻的門廊，坐落在火星景觀中。這張照片讓我們甚至開始相信它是火星人的隱藏處，或是通往另一個宇宙的門戶。然而，科學家指出，這很可能是剪切斷裂，即巖石上的某種應變使部分斷裂的結果，或者是火星地震導致的結果。

2) 巖石力學：§ 巖石強度：研究巖石的抗拉、抗壓、抗剪等強度特性。§ 斷裂行為：分析巖石的斷裂特性和裂縫發展。§ 巖石動力學：考察巖石的動態響應，包括地震和爆炸載荷下的行為。3) 地下工程：§ 地下結構設計：包括隧道、地下室和地下管道的設計和穩定性分析。§ 地下開采：用于礦山開采和坑道工程的支護和穩定性分析。

圖9圍壓與荷載的關系曲線 由圖9可知，隨著圍壓的增大，瞬時荷載基本呈線性增大趨勢，由于瞬時荷載點對應裂紋萌生 時間點，所以瞬時荷載值的大小即反應試件阻止裂紋擴展的能力．因此可以看出圍壓對巖石斷裂 韌度有很大影響，斷裂韌度隨圍壓增大而增大．

一、經典斷裂力學的"阿喀琉斯之踵"1.1 數學尖點 vs 物理現實1913年，Inglis分析了含裂紋無限大板的應力集中問題，奠定了線彈性斷裂力學（LEFM）的基礎。其核心假設是：裂紋尖端是數學上的尖點（半徑為零）。

在這一階段，由于應力變化導致完整巖石斷裂，破壞由累積的塑性剪切應變引起。一旦巖體達到 "臨界塑性剪切應變"，且其強度等于峰值后的強度，則第一階段結束。第二階段是從峰值后到極限強度。在這一階段，額外的應變和擾動導致巖塊重新排列，孔隙度(高達40%)和滲透性顯著增加，累積的體積應變導致強度損失。當巖體達到 "最大體積應變 "時，第二階段結束。

在"A"階段，應力隨著應變線性增加，直至達到峰值強度"B"點，礦柱的峰值強度與用經驗公式得出的結果基本一致，隨后巖體進入到應變軟化階段，直至達到"C"點，此時巖體雖然已經發生斷裂，但斷裂的巖石能夠產生互鎖, 巖體的內聚力完全喪失，但摩擦力很大，類似于《巖石錨桿錨固節理化巖體產生的楔形效應》中提到的楔形效應，因此此時的應力高于巖石的剝落或斷裂強度，不過經驗表明，即使在這種情況下巖體也是穩定的；隨著應變的繼續增加

利用LS-DYNA軟件模擬巖石斷裂形態較為常見，現給出一種模擬巖石斷裂和巖屑飛散的k文件。圖中紅色部分為裂紋，完整巖樣斷裂成幾塊，層次分明，并且碎屑飛散效果明顯。