三维岩样单轴压缩自由面剪应变率及位移分布数值模拟

以往FLAC对岩样变形、破坏进行数值模拟主要是针对平面应变二维问题,离三维岩样单轴压缩的试验条件还有不少差距.因此,本文采用FLAC-3D研究了三维岩样在单轴压缩及强烈端面约束条件下,自由面的剪切应变率、离面位移及面内位移的分布及演变规律,研究了自由面垂直对称轴上定点位移随时步的演变规律.在应力峰值之前及之后,本构模型分别取为线弹性及莫尔-库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型.计算表明:在应力-时步曲线的应力峰值之前,自由面上的剪切应变率由均匀向不均匀分布转变;在应变软化阶段,试样的变形由对称性向非对称性转变.通过分析各个自由面的剪切带图案发现,在试样内部形成了两个空间剪切带,其中一个更占优势.在试样变形的对称性丧失之前,三维离面及面内位移曲面是光滑的、平坦的:在对称性丧失之后,三维曲面已变得凹凸不平了.在剪切带的位置,面内位移有显著的改变.自由面垂直对称轴上的离面位移在应力-时步曲线应力峰值之前发生了分离,而水平及垂直位移-时步曲线转折于应力峰值稍后或应变软化阶段.从离面位移易于识别出试样破坏的前兆.此外,在应变软化阶段,随着时步的增加,还观测到了离面位移的三种不同的变化规律:基本保持不变、增加及降低(反弹).