胡小川等：基于UDEC-GBM的矿物晶粒解理特征对硬岩石破坏过程的影响 线其余阶段均类似.图6为数值模拟和室内试验的 (b) 破坏结果，宏观、微观裂纹都揭示了数值模拟同物 理试验的破坏结果一致.综上，认为校核的参数和 模型可进一步用于该类岩石的相关数值试验 表3加载钢板参数 00c Table 3 Properties of the loading platens B/GPa S/GPa p/(kg'm) 15715 11785 7800 100mm 表4接触微观参数 Table 4 Microparameter of contacts 图6肢坏结果.(a)数值试件：(b)微观裂纹：(c)物理试验 Fig.6 Failure results:(a)numerical specimen;(b)microcracks;(c) Microparameter of contacts Contact type physical test k/ k/ c p. Tmax (GPa'm) (GPa'm)MPa MPa 学响应及微观开裂过程的影响.倾角方向以水平 Q-Q 72000 36000 80 35 48 向为O°.不同解理倾角可通过UDEC中节理单元 B-B 41740 20870 52 35 在需要离散的矿物颗粒内部生成.长石（本文特指 K-K 52175 26087 70 35 % 钾长石)矿物晶粒具有典型的解理特征，因此本文 P-P 62610 31305 75 35 44 以长石晶粒为例，对长石晶粒用节理单元按照不 Intergranular 34870 17392 50 42 14 contact 同倾角进行离散，其余矿物颗粒仍采用Gao等u1 Note:Intergranular parameters are uniformly set between grains,and 提出的模拟穿晶的方法进行离散.图7给出了长 different parameters are set inside grains(such as Q-Q);the residual cohesion,friction angle and tensile strength of intracrystalline and 石节理倾角为0°下的数值模型及解理倾角为0°和 intergranular contact are set to 0. 20的局部放大模型.解理之间的间距均设置为 表5参数校核结果 2mm,其他解理倾角下模型内部颗粒大小、分布 Table 5 Calibrated results of properties 完全相同，仅解理倾角不同，这样建立的解理模型 Item E/GPa UCS/MPa oUCS dUCS D 同真实解理不仅具有较好的类似性，而且不同解 UDEC. 116.5 0.36 0.86 0.25 理倾角的模型间可以相互比较，以调查倾角的影 GBM 33.5 Tests 32.7 115.4 6.7 0.24 响.此外，本文采用竖向位移控制方式进行加载 Error/%2.45% 0.95% 4.17% (该部分为单轴加载)，加载速率为0.1ms,对应 Note:E,UCSr and od represent the elastic modulus,uniaxial 约每步10？m,满足准静破坏要求和UDEC的基本 compressive strength,crack initiation stress and damage stress of granite 假设（一个时间步内的响应只能传递到相邻的块 specimens respectively. 体)，且不同倾角下的模型运行相同步数，以便对 140 UDEC-GBM 120 比解理倾角的影响，注意，数值的速度是数学意义 上的速度，是用来满足数值稳定性的，同真实物理 世界的速度有很大区别 a b Quartz Plagioclase 0.0010.002 0.003 0.0040.0050.006 Strain K-feldspar 图5应力-应变曲线对比 Fig.5 Comparison of stress-strain curves Biotite 3数值试验 3.1解理倾角的影响 图7 数值模型.(a)数值试件：(b)内部矿物品粒：(c)解理倾角和间距 定义 本文设置0°、20°、40°、60°及90°五类不同解 Fig.7 Numerical model:(a)numerical specimen;(b)mineral grains,(c) 理倾角，以调查矿物颗粒内部解理倾角对岩石力 definition of cleavage angle and spacing线其余阶段均类似. 图 6 为数值模拟和室内试验的 破坏结果，宏观、微观裂纹都揭示了数值模拟同物 理试验的破坏结果一致. 综上，认为校核的参数和 模型可进一步用于该类岩石的相关数值试验. 表 3 加载钢板参数 Table 3   Properties of the loading platens Bu /GPa Sh /GPa ρ/(kg·m−3) 15715 11785 7800 表 4 接触微观参数 Table 4   Microparameter of contacts Contact type Microparameter of contacts kn / (GPa·m–1) ks / (GPa·m–1) cp / MPa φp / (º) τmax/ MPa Q-Q 72000 36000 80 35 48 B-B 41740 20870 52 35 35 K-K 52175 26087 70 35 40 P-P 62610 31305 75 35 44 Intergranular contact 34870 17392 50 42 14 Note: Intergranular parameters are uniformly set between grains, and different parameters are set inside grains (such as Q-Q); the residual cohesion, friction angle and tensile strength of intracrystalline and intergranular contact are set to 0. 表 5 参数校核结果 Table 5   Calibrated results of properties Item E/GPa UCS/MPa σT σci/UCS σcd/UCS υ UDEC￾GBM 33.5 116.5 — 0.36 0.86 0.25 Tests 32.7 115.4 6.7 — — 0.24 Error/% 2.45% 0.95% — — — 4.17% Note: E, UCS σT, σci and σcd represent the elastic modulus, uniaxial compressive strength, crack initiation stress and damage stress of granite specimens respectively. 0 20 40 60 80 100 120 140 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 Strain UDEC-GBM Test Stress/MPa 图 5    应力–应变曲线对比 Fig.5    Comparison of stress–strain curves 3    数值试验 3.1    解理倾角的影响 本文设置 0°、20°、40°、60°及 90°五类不同解 理倾角，以调查矿物颗粒内部解理倾角对岩石力 学响应及微观开裂过程的影响. 倾角方向以水平 向为 0°. 不同解理倾角可通过 UDEC 中节理单元 在需要离散的矿物颗粒内部生成. 长石（本文特指 钾长石）矿物晶粒具有典型的解理特征，因此本文 以长石晶粒为例，对长石晶粒用节理单元按照不 同倾角进行离散，其余矿物颗粒仍采用 Gao 等[19] 提出的模拟穿晶的方法进行离散. 图 7 给出了长 石节理倾角为 0°下的数值模型及解理倾角为 0°和 20°的局部放大模型. 解理之间的间距均设置为 2 mm，其他解理倾角下模型内部颗粒大小、分布 完全相同，仅解理倾角不同，这样建立的解理模型 同真实解理不仅具有较好的类似性，而且不同解 理倾角的模型间可以相互比较，以调查倾角的影 响. 此外，本文采用竖向位移控制方式进行加载 （该部分为单轴加载），加载速率为 0.1 m·s–1，对应 约每步 10–7 m，满足准静破坏要求和 UDEC 的基本 假设（一个时间步内的响应只能传递到相邻的块 体），且不同倾角下的模型运行相同步数，以便对 比解理倾角的影响. 注意，数值的速度是数学意义 上的速度，是用来满足数值稳定性的，同真实物理 世界的速度有很大区别. Quartz Biotite Plagioclase (a) (b) (c) K-feldspar 2.0 mm 20° 图 7    数值模型. （a）数值试件；（b）内部矿物晶粒；（c）解理倾角和间距 定义 Fig.7    Numerical model: (a) numerical specimen; (b) mineral grains; (c) definition of cleavage angle and spacing (a) (b) (c) 100 mm 200 mm 图 6    破坏结果. （a）数值试件；（b）微观裂纹；（c）物理试验 Fig.6     Failure  results:  (a)  numerical  specimen;  (b)  microcracks;  (c) physical test 胡小川等： 基于 UDEC-GBM 的矿物晶粒解理特征对硬岩石破坏过程的影响 · 5 ·