岩石裂纹扩展过程广义节理元分析模型研究

能够模拟岩石裂纹群扩展规律和计算量能够满足工程计算需求的数值模拟方法是当前岩石力学界急需解决课题之一。本项目以适用于裂纹群扩展过程有限元法模拟的岩石破裂后节理行为广义节理元模拟方法和能够模拟裂纹扩展规律的破坏岩石单元中广义节理单元设置方法两个关键科学问题为核心，综合运用损伤力学、岩石力学、断裂力学、解析几何学和有限元方法等多学科及其交叉前沿理论，采用理论分析、数值试验和物理试验等多种方法，开展系统的理论和方法研究，建立岩石裂纹扩展过程二维广义节理元分析模型。由于率先提出适用于模拟裂纹群扩展的广义节理元分析模型，首次采用广义节理元实现了裂纹群扩展的数值模拟，因此本项目具有科学创新意义；同时因为提出的岩石裂纹扩展过程广义节理元分析模型既能够模拟岩石裂纹群扩展规律又能够增大单元尺度而减少计算量，是解决当前岩石力学界急需解决课题的一种数值计算方法，具有重要的理论意义和重要工程应用价值。

能够模拟岩石裂纹群扩展规律和计算量能够满足工程计算需求的数值模拟方法是当前岩石力学界急需解决的课题之一。本项目以适用于裂纹群扩展过程模拟的岩石破裂后力学行为广义节理元模拟方法和能够反映裂纹扩展规律的破坏岩石单元中广义节理单元设置方法两个关键科学问题为核心，综合运用损伤力学、岩石力学、断裂力学、解析几何学和有限元方法等多学科及其交叉前沿理论，采用理论分析、数值试验和物理试验等多种方法，开展系统的理论和方法研究，建立了岩石裂纹扩展过程二维广义节理元分析模型。.在此基础上，将岩石裂纹扩展过程二维广义节理元分析模型进行有限元实施，编写计算程序，开发出岩石裂纹扩展过程广义节理元仿真模拟系统，并进行岩石裂纹扩展过程广义节理元仿真模拟系统的数值模拟研究，改进所建立模型。.该项目通过三年研究工作的开展，按照项目计划书完成各项内容。研究岩石裂纹群扩展模拟的有限元新方法，建立了既能够模拟岩石等脆性材料裂纹群扩展规律又能够节约计算量的岩石裂纹扩展过程二维广义节理元分析模型，开发了一套岩石裂纹扩展过程仿真模拟系统。本研究为解决各种岩石工程灾害问题提供关键的理论基础，对发展岩石力学理论具有重要的意义。