黎崇金等：含孔洞大理岩破坏特性的颗粒流分析 ·1793· 定，最终得到的微观参数如表1所示，k和k,分别为正 行单轴和双轴压缩试验.单轴压缩试验首先删除左右 向和切向接触刚度，k。和k。分别为正向和切向平行黏 两侧的墙体，然后以0.05m·s的速度移动上下墙体 结刚度.表2为室内试验与数值模拟得到的试样宏观 进行加载：双轴压缩试验首先利用servo程序控制边界 力学参数，从表中可知，数值模型的宏观物理力学参数 墙体移动，使模型达到指定围压（本次试验所取围压 与室内试验结果基本一致，说明所标定的微观参数比 大小为2.5、5.0、7.5和10MPa),然后保持围压不变， 较合理，能够反映岩石的宏观力学特性. 同样以0.05ms的速度进行竖向加载.试验过程中， 通过删除颗粒的方法在模型内预制孔洞，然后进 当轴向的残余应力为峰值应力的60%时停止加载. 表1试样的微观力学参数 Table 1 Microscopic parameters of the rock specimens 摩擦系数， 接触模量， 接触刚度比， 平行黏结模量，平行黏结刚度平行黏结法向平行黏结切向 粒径/mm E./GPa knk。 E./GPa 比，kn店 强度，G。/MPa 强度，F。MPa 0.4-0.64 0.25 14.32 2.5 14.32 2.5 42.15±4.22 42.15±4.22 表2 单轴压缩条件下岩石试样的宏观力学参数 应力-变曲线及峰值应力.从图2(a)可以看出，单轴 Table 2 Macroscopic mechanical parameters of the rock specimens un- 压缩条件下大理岩试样的应力一应变曲线有明显的压 der uniaxial compression 密阶段、弹性阶段和屈服阶段.试样峰后应力快速跌 密度，p/ 单轴抗压强弹性模量， 泊松比， 试验条件 (kg'm-3) 度，d。/MPa E/GPa 落，表现为显著的脆性破坏特征；从峰后曲线来看，完 室内试验 2700 51.26 17.04 0.25 整试样的跌落较快，表明完整试样比含孔洞试样表现 数值模拟 3000 51.95 16.97 0.25 出更明显的脆性特征.值得注意的是，由于P℉C2D通 过压密的二维圆盘来模拟类岩石材料，难以完全准确 2试验结果与分析 地再现结构复杂的三维大理岩试样，所以由PC2D获 得的应力一应变曲线不能体现初始压密段：而且由模 2.1单轴压缩条件下的破坏特性 拟得到的峰值强度要略高于室内试验结果，但两者表 图2为单轴压缩条件下，室内试验与数值模拟的 60o 50 马蹄形孔试样 50 马蹄形孔试样 40 美 完整试样 完整试样 304 圆形孔试样 20 圆形孔 试样 20 矩形孔试样 10 矩形孔试样 0 34 5■ 6 78 2 轴向应变，8/103 轴向应变，e,103 ■室内试验结果 50 ☐数值模拟结果 40 0 20 圆形孔 矩形孔马蹄形孔 试样 试样 试样 试样 试样类型 图2单轴压缩条件下室内试验与数值模拟对比.(a)室内试验应力-应变曲线：(b)数值模拟应力-应变曲线：()峰值应力 Fig.2 Comparison of experiment and numerical simulation results under uniaxial compression:(a)stress-strain curves in laboratory tests:(b) stress-strain curves in numerical simulations:(c)peak stress黎崇金等: 含孔洞大理岩破坏特性的颗粒流分析 定，最终得到的微观参数如表 1 所示，kn和 ks分别为正 向和切向接触刚度，kn 和ks 分别为正向和切向平行黏 结刚度． 表 2 为室内试验与数值模拟得到的试样宏观 力学参数，从表中可知，数值模型的宏观物理力学参数 与室内试验结果基本一致，说明所标定的微观参数比 较合理，能够反映岩石的宏观力学特性． 通过删除颗粒的方法在模型内预制孔洞，然后进 行单轴和双轴压缩试验． 单轴压缩试验首先删除左右 两侧的墙体，然后以 0. 05 m·s － 1的速度移动上下墙体 进行加载; 双轴压缩试验首先利用 servo 程序控制边界 墙体移动，使模型达到指定围压 ( 本次试验所取围压 大小为 2. 5、5. 0、7. 5 和 10 MPa) ，然后保持围压不变， 同样以 0. 05 m·s － 1的速度进行竖向加载． 试验过程中， 当轴向的残余应力为峰值应力的60%时停止加载． 表 1 试样的微观力学参数 Table 1 Microscopic parameters of the rock specimens 粒径/mm 摩擦系数， υ 接触模量， Ec /GPa 接触刚度比， kn /ks 平行黏结模量， Ec /GPa 平行黏结刚度 比，kn /ks 平行黏结法向 强度，σc /MPa 平行黏结切向 强度，τc /MPa 0. 4 ～ 0. 64 0. 25 14. 32 2. 5 14. 32 2. 5 42. 15 ± 4. 22 42. 15 ± 4. 22 表 2 单轴压缩条件下岩石试样的宏观力学参数 Table 2 Macroscopic mechanical parameters of the rock specimens un￾der uniaxial compression 试验条件 密度，ρ / ( kg·m － 3 ) 单轴抗压强 度，σc /MPa 弹性模量， E /GPa 泊松比， υ 室内试验 2700 51. 26 17. 04 0. 25 数值模拟 3000 51. 95 16. 97 0. 25 图 2 单轴压缩条件下室内试验与数值模拟对比． ( a) 室内试验应力--应变曲线; ( b) 数值模拟应力--应变曲线; ( c) 峰值应力 Fig． 2 Comparison of experiment and numerical simulation results under uniaxial compression: ( a) stress--strain curves in laboratory tests; ( b) stress--strain curves in numerical simulations; ( c) peak stress 2 试验结果与分析 2. 1 单轴压缩条件下的破坏特性 图 2 为单轴压缩条件下，室内试验与数值模拟的 应力--变曲线及峰值应力． 从图 2( a) 可以看出，单轴 压缩条件下大理岩试样的应力--应变曲线有明显的压 密阶段、弹性阶段和屈服阶段． 试样峰后应力快速跌 落，表现为显著的脆性破坏特征; 从峰后曲线来看，完 整试样的跌落较快，表明完整试样比含孔洞试样表现 出更明显的脆性特征． 值得注意的是，由于 PFC2D 通 过压密的二维圆盘来模拟类岩石材料，难以完全准确 地再现结构复杂的三维大理岩试样，所以由 PFC2D 获 得的应力--应变曲线不能体现初始压密段; 而且由模 拟得到的峰值强度要略高于室内试验结果，但两者表 · 3971 ·