基于VMIB的非均质岩石材料破坏的数值模拟初探

VMIB模型是在VIB基础上提出的一种新型多尺度力学模型,VIB模型认为固体材料在微观上是由随机分布的质量微粒组成,微粒与微粒之间由一虚内键连接;而在VMIB模型中,微粒与微粒之间则由切向键和法向键共同连接或者由具有法向刚度和切向刚度的虚内键连接。材料的宏观本构方程直接由微粒之间的相互作用推导出来。由于VMIB能够再现材料泊松比的多样性,因此可以应用到更广泛的工程材料。非均质材料(岩石)由不同的组分构成,因此,材料中各点的力学属性不同。为有效地模拟这种材料的破坏过程,初步将岩石的非均质特性引入到VMIB模型中,并对裂纹的生成及扩展过程进行模拟。数值模拟结果表明:如果将岩石视为均质材料,则在围压下的裂纹扩展具有很强的规则性,出现单一剪切裂纹,岩石呈剪切破坏;如果将岩石视为非均质材料,则多条裂纹同时在不同点处开始生成、扩展并汇合,破坏模式总体上呈剪切破坏。从数值模拟结果来看,该法能够模拟非均质材料(岩石)的破坏过程,并能初步反映非均质特性对宏观裂纹行为的影响。