适用于大规模准脆性断裂模拟中粘聚裂纹模型的缩减律

《Scientific Reports》：A reduction law for cohesive crack model in large-scale quasi-brittle fracture simulation

　　

摘要

在大规模岩石工程断裂模拟中，理解真实的岩土和地质行为至关重要。随着一些地下勘探领域（如地热能、地下储能、断层与地震等）的不断发展，这种模拟技术变得越来越重要。基于黏聚性裂纹模型的有限元 discrete 元方法（FDEM）因其合理的物理参数和可靠的算法实现而被广泛用于岩石断裂传播的模拟。然而，在大规模模拟中，黏聚单元的尺寸往往会随着模型尺度的增大而变大，可能超过断裂过程区（FPZ）的特征长度。这会导致损伤区域表示不充分，从而产生显著的误差或不准确性。本文提出了一种在使用相对较大单元尺寸进行断裂模拟时的尺寸效应规律。FPZ 长度的尺寸效应规律基于 D-B 模型和 Bazant 尺寸效应定律提出。通过采用数字图像相关（DIC）技术和 FDEM 模型进行了一系列三点弯曲试验，以获得 FPZ 长度的结果并验证尺寸效应规律。文中还展示了大型三点弯曲试验以及岩石洞穴中压缩空气储能应用的具体案例。该方法可为大规模岩石断裂和破坏的低成本模拟提供实用且有效的工具，同时不会牺牲模拟精度。