非贯通平行节理对岩石力学性质影响的颗粒流分析

刘绍兴，任红磊

(河北工程大学 水利水电学院，河北 邯郸 056038)

0 引 言

一般认为，岩石是自然界中各种矿物的集合体，是天然地质作用的产物[1]。节理的形成通常与岩石内部的缺陷有关，在缺陷处易形成应力集中。研究节理岩体的破坏机制在工程上具有重大意义,目前的主要研究方法有现场原位试验、室内力学试验和数值模拟。

王佩新等[2]通过室内试验发现，在单轴压缩条件下，节理密度及倾角对岩石力学性质及破坏模式的影响显著；汪子华等[3]发现，节理倾角的增大使得含节理岩石单轴抗压强度呈现出先减小后增大的变化趋势；陈新等[4]通过试验得知，节理连通率的增长会使试件的延性增强，而节理倾角则对试件峰值强度及弹性模量影响显著；FAN等[5]通过PFC数值模拟，将含平行节理岩体的破坏分为完整岩体破坏、平面破坏、逐级破坏及劈裂破坏四大类。

上述研究均致力于对力学试验或数值模拟试验所得结果的描述，未能深入探讨节理岩体的破坏机理。基于文献[2]中对平行不共面节理岩体的室内力学试验生成颗粒流模型，进一步描述节理岩体的力学破坏特征，并尝试解释其破坏机理。

1 数值模型的建立

1.1 PFC2D离散元软件简介

二维颗粒流程序PFC2D是通过离散单元方法来模拟圆形颗粒介质的运动及其相互作用[6]。相较有限元及其它离散元软件，PFC具有以下优势：PFC的基本组成单元是粒子，粒子间黏结断裂的集合可以模拟宏观上的块体破裂；圆形物体间的接触探测(如距离、位移等)要优于角状物体，进而大大提高其计算效率。……