岩石破坏全过程的连续-离散耦合分析方法马冈周创兵，常晓林，周伟(1.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉430072：2.武汉大学水工岩石力学教育部逍点实验室,湖北武汉430072)摘要：在变形体离散元的框架内引入界面单元，提出模拟岩石等准脆性材料破坏过程的连续-离散耦合分析方法。假定损伤和断裂只发生在界而单元上,实体单元只产生弹性变形，采用带拉断的Mohr-Coulomb准则和标量损伤因子來模拟界面单元的损伤、火效过程,实现岩石山连续性向非连续性转换的物理过程。在数值试验中，岩石细观尺度上单元的弹性模量和单轴抗压强度服从Wcibull概率分布并满足一定的相关性。数值模拟结果农明：本文方法能反映岩石在加载过程中的线弹性、非线性、软化、残余4个阶段和主要特点；能显式地模拟微裂缝的萌生、扩展直至贯通形成宏观裂缝的全过程；反映岩石强度的围压依赖性和脆・延■塑转换力学特性。关键词：岩石力学；变形体离散元；界面单元；数值试验；非均匀性；脆-延-塑转换中图分类号：TU45文献标识码：A文章编号：100()-6915(2011)12-2444-12CONTINUOUS-DISCONTINUOUSCOUPLINGANALYSISFORWHOLEFAILUREPROCESSOFROCKMAGang,ZHOUChuangbing,CHANGXiaolin,ZHOUWei(1.StateKeyLaboratoryofWaterResourcesandHydropowerEngineeringScience,WuhanUniversity,WuhanHubei430072,China；2.KeyLaboratoryofRockMechanicsinHydraulicStructuralEngineering,MinistryofEducationTWuhanUniversity,Wuhan,Hubei430072,China)Abstract：Intheframeworkofdeformationdiscreteelementmethod,acontinuous-discontinuescouplingforsimulatingfailureprocessofquasi-brittlematerialssuchasrockisproposedbyintroducinginterfaceelement.Itisassumedthatdamageandfractureoccuronlyininterfaceelement,whilesolidelementhaselasticdeformation.Mohr-Coulombcriterionwithtensioncut-offisusedasdamageinitiationcriterion；ascalardamagevariablerepresentingoveralldamageinthematerialisusedtodescribetherateatwhichthematerialstiffnessisdegraded；crackissimulatedexplicitlybyfailureofinterfaceelement.Continuous-discontinuoustransitionprocessofrockcanberealized・Inthenumericalexperiments,mechanicalparametersofsolidelementarerandomlyallocatedaccordingtoWeibulldistributionandhavecertaincorrelation.Thenumericalsimulationresultsshowthatthesuggestedmethodcanreflectthelinearelasticity,nonlinearity,softeningandresidualphasesduringtheloadingprocessofrock；itcanexplicitlysimulatethecrackpropagation.Thesimulationresultsalsoshowthatrockhasconfiningpressureeffectandbrittle-ductile-plastictransition.Keywords：rockmechanics；deformablediscreteelement；interfaceelement；numericalexperiment；heterogeneity；brittle-ductile-plastictransition1引言岩石的力学特性研究是水利、矿山、交通等领域的一个基础学科，同时也是一个极具挑战性的学科⑴。研究人员采用室内试验和现场测试手段，对不同岩性的岩石进行了各种应力状态、应力路径下的岩石力学试验，取得了丰富的研究成果。基于对岩石基本力学性质的认识，采用数值模拟方法重现岩石在环境和荷载作用下的力学行为，是研究岩石破坏过程等复杂力学机制的一个重要手段。根据数值方法所采川的连续性假定不同，岩石材料和结构分析的数值方法可分为：(1)连续介质力学方法：一些具冇代表性的工作有：陈永强等3釆用格构模型模拟了脆性材料的破裂问题：唐春安等［恋］基于岩石非均匀性的认识，提出了岩石破裂过程分析模型(RFPA2D,RFPA3D),并得到了广泛的应用；曹文贵等〔"从岩石微元强度分布的随机性出发，提出了模拟岩石破裂的统计损伤模型损伤软化统计本构模型；潘鹏志等凶建立了模拟岩石破裂演化过程的三维弹塑性细胞口动机模型，开发了EPCA3D软件。(2)非连续介质力学方法:如D.O.Potyondy和P.A.Cundall［9］在PFC程序上采用黏结颗粒模型(bondedparticlemodel)模拟了岩石破坏过程，提出了离散元细...