天然岩体的力学性质及破坏形态,一直是岩石力学所关注的重点与难点。以往的研究侧重于从宏观角度探索岩体的破坏机制,而岩石材料自身的非匀质性对宏观力学行为的影响未得到足够重视。近年来,从细观角度探究岩石破坏机制成为新的研究热点。本文通过PDE图像处理技术建立花岗岩真实细观结构分析模型,嵌入ABAQUS程序中分别对花岗岩试样巴西圆盘劈裂试验、单轴压缩试验、三轴压缩试验破坏过程进行模拟,探索岩样变形破坏过程中细观裂纹的演化规律及其宏观响应。本文主要研究工作如下:(1)通过相机获取花岗岩图像,利用MATLAB软件进行编程,基于PDE图像处理方法中的C-V模型实现花岗岩图像各组份的稳定分割,获得了边界点的数据信息。利用AUTOLISP对AUTOCAD进行二次开发,将所得花岗岩不同组份边界曲线上的坐标点自动连线,建立能被有限元程序识别的、反映花岗岩真实结构的细观几何模型。(2)对巴西圆盘劈裂试验开展数值模拟和室内试验细观分析。依据弹性力学解析解,得到平行与纵向加载轴线上各点的应力分布规律,分别与匀质岩样及非匀质岩样弹性数值解应力分布规律进行对比,发现岩样非匀质性影响了其内部的应力分布。利用ABAQUS程序进行非匀质岩样巴西圆盘劈裂试验数值模拟,得到细观裂纹的演化规律:裂纹产生于圆盘中心部位受拉区,并近似平行于纵向加载轴线发展直至岩样破坏,这与真实试验过程中破坏裂纹的发展过程一致。(3)对非匀质花岗岩单轴压缩和常规三轴压缩破坏过程进行了细观数值模拟。结果表明,单轴压缩破坏过程中裂纹最先产生于主对角线区域较弱材料属性内部和各组份交界面上,随荷载增大沿对角方向发展、集聚、贯通,在主破裂面附近还存在小范围的塑性区贯通区域,形成枝杈状的裂纹形态,在宏观上表现为剪切加劈裂破坏形式。常规三轴压缩破坏过程中,应力集中最早出现在石英-云母接触面上,随载荷增大,拉应力的分布对云母、长石类组份形成包裹,并在其内部产生压应力集中,压应力集中导致剪切裂纹逐渐占主导地位,且与邻近的张性裂纹聚集贯通,最终形成宏观剪切破坏面。