岩体局部破坏与裂纹相互作用的多尺度高分辨模拟研究

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对岩石破裂过程的认识和破坏机制的研究一直是岩石(体)力学的热点话题,也是工程稳定性评价的基础。基于岩石介质细观连续模型的破裂过程模拟方法由于其具有强大的破坏模拟能力而备受关注。以往为了对裂纹扩展等局部破坏现象实现高分辨率的表征,而使用大规模的全局均匀细观尺度单元,这造成了严重的时空计算负担。高分辨率和高时空计算负担间的矛盾日益突出!为此本文提出了一种基于RFPA的局部多尺度高分辨率建模策略,在感兴趣的区域采用高分辨率网格,避免全局均匀细观尺度网格所带来的大规模计算负担。通过裂纹的扩展与相互作用和隧道的局部破坏等问题,采用多尺度高分辨率建模策略对于相关的岩石渐进破坏过程进行了模拟。主要内容和结论如下:(1)给出RFPA以及多尺度高分辨率网格模型的相关理论以及多尺度高分辨率模拟的计算过程。进行了实验室尺度和工程尺度下相关问题的数值验证,对比理论解的结果表明了多尺度高分辨率建模方法的计算准确性,为进一步的研究奠定了基础。(2)在实验室尺度和工程尺度下进行了不同降尺度网格加密形式、不同复杂程度模拟,良好的计算结果表明了多尺度网格策略的灵活性,这意味着多尺度网格策略可以为相关问题的模拟提供更多、更有效的建模方案。(3)模拟研究中表明多尺度高分辨率网格策略相比于全局均匀细观尺度网格很大程度的减少了计算单元量,同样在计算时间,CPU占用量,运行内存大小以及计算文件存储量等量化指标中,多尺度网格策略表现出了很大的优势,有效的避免了计算浪费和降低了计算成本,表明了其计算的高效性。(4)通过对于相关裂纹扩展与作用、多工况下隧道的局部破坏以及实际工程等问题的模拟,多尺度网格策略与全局均匀网格方案、实验现象和工程实际等结果均表现出高度的吻合。这表明多尺度网格建模策略在岩石等相关问题上良好的分析与破坏模拟研究能力。本文首次进行了基于RFPA的多尺度高分辨网格策略的模拟研究,良好的结果表明了其在岩石破裂问题中应用的优势性能,为岩体破坏等问题的研究提供了一种新的解决方案。
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