含三维内裂纹试件单轴拉伸裂纹扩展数值模拟研究

彭 博

(西南交通大学 土木工程学院， 四川 成都 611756)

1 研究背景

裂隙与缺陷广泛存在于岩土和水利工程当中，与边坡失稳、坝体垮塌以及结构的使用寿命息息相关[1-4]，尤其是在水利岩土工程中的深埋地下结构，裂隙与软弱夹层在高应力作用下将成为结构稳定的关键因素[5-6]，因此，对于岩土及水利工程中的裂纹扩展演化规律一直是学术界的研究热点，同时也是难点问题。

对于工程中的岩体来说，抗拉强度要远远小于抗压强度[7]，含裂纹的岩体在受拉情况下更容易导致灾难性的后果，因此研究裂纹在拉应力下的裂纹扩展演化规律显得很有必要，针对于此，国内外许多学者进行了大量的室内试验与数值模拟研究。试验方面：喻勇等[8]对弹性模量以及泊松比对巴西圆盘抗拉强度的影响进行了室内试验的分析；于庆磊等[9]对含中心穿透型裂纹的巴西圆盘进行了室内试验，研究了不同角度预制裂纹在轴压下的裂纹扩展演化规律；张绪涛等[10]利用改进的拉伸试验装置对砂岩、灰岩和花岗岩的抗拉强度进行了测定。数值模拟方面：鲁国富等[11]对蒙皮材料试件进行了双轴拉伸数值模拟研究；黎坤运等[12]利用扩展有限元对含不同角度穿透型裂纹进行了数值模拟，得到了裂纹扩展规律。然而上述研究仅仅针对二维裂纹或者三维穿透型裂纹，在实际情况中，裂隙往往以三维形态存在于岩体中，因此，对三维内裂纹在轴拉情况下的裂纹扩展规律的研究意义重大。……