煤炭学报

作者：郑飞, 邓庆龙, 李芷, 王培瑞, 靳陆, 焦玉勇,

关键词：非连续变形分析方法, 断续节理岩体, 分段式黏结模型, 砂岩裂纹扩展, 砂岩破裂,

深部采煤面临高地温、高地压、高岩溶水压及开采扰动的综合影响，岩石的非连续变形及破裂行为也比浅部更为复杂，开发模拟岩石破裂行为的数值计算方法，进行从实验室尺度到工程现场尺度的分析是研究岩石破裂相关灾害规律和机理的重要手段。非连续变形分析方法(Discontinuous Deformation Analysis，DDA)在接触理论、块体积分、计算收敛中具有严格的数学基础，采用子块体剖分和黏结处理的DDA模型可以有效模拟岩石及裂隙岩体从连续弹性变形到渐进断裂和完全破断的全过程。基于边−边黏结效应分段线性表征的朴素思想，提出分段式边−边黏结模型，将线性及非线性黏结本构关系通过分段中心点处的成对罚弹簧进行等效表征，嵌入三角形剖分的非连续变形分析求解框架内，实现模拟岩石断裂的优化DDA模型。通过简支梁中心受压、单轴压缩、巴西劈裂案例的变形、应力结果分析，验证了优化模型的准确性，获得了边−边黏结模型中分段数目、黏结刚度比、切向法向刚度比等参数的合理取值范围；通过完整及带孔洞的砂岩试样的单轴压缩试验，阐明了块体弹性模量、泊松比等变形参数及黏结单元抗拉强度、黏聚力、内摩擦角等强度参数的赋值方法，验证了优化模型在应力−应变曲线，裂纹起裂位置捕获的准确性；通过含单裂隙及组合裂隙的砂岩巴西圆盘劈裂试验的分析，验证了优化模型在裂纹起裂、裂纹扩展、多裂纹交汇等复杂裂隙扩展问题中的适用性；采用分段式边−边黏结的优化模型可推广用于包含复杂裂隙网络的岩体破坏规律和机理的分析。

来源：2023年第9期

《煤炭学报》期刊编辑部

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