交叉裂隙岩体裂纹扩展试验及混合有限-离散元数值模拟研究

对预制交叉裂隙岩石试样进行裂纹扩展试验，研究了裂纹萌生、扩展、聚合过程，分析了主裂隙和轴向载荷夹角及主次裂隙夹角对裂纹起裂应力和聚合应力的影响，并用混合有限元-离散元程序，即图形处理器并行化的3D Y-HFDEM代码对试验进行了仿真计算，实现了岩石破坏从连续介质向非连续介质的过渡，对裂纹类及损伤破坏模式进行了识别，捕捉到了试验中难以发现的现象。研究表明：随主裂隙与轴向载荷夹角增加，裂纹聚合区的拉伸裂纹数量增加；裂纹起裂和聚合应力与主裂隙与轴向载荷夹角成正比；主次裂隙夹角增加，岩石的破坏模式由拉伸破坏转为剪切破坏，交叉裂隙加剧岩石破碎程度；主裂隙尖端萌生扩展的拉伸-剪切混合裂缝引起的破坏在岩石破坏中占主导地位，是导致岩体失去承载能力的主控裂纹；混合有限元-离散元仿真软件GPGPU并行化的3D Y-HFDEM IDE在岩石裂纹扩展研究中具有优势，可以捕捉实验室难以发现的损伤断裂类型，可以作为岩石裂纹扩展研究的有力工具。