不同邊界對花崗巖三軸試驗影響的三維離散元數值研究

王治林，鄭明明，夏敏，熊亮，吳祖銳，王凱

（成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，四川 成都 610059）

0 引言

花崗巖是由不同種類較大晶體顆粒與非晶體顆粒等構成的非連續、非均質且力學行為較為復雜的巖石，且在諸多掘進工程中極為常見，楊達等［1］認為使用氣動潛孔錘并且當球齒以30 J沖擊功鉆進花崗巖時，可有效降低能量損耗與提高碎巖效率。湯鳳林等［2］研究了鉆進速度與規程參數的優化關系，提出了優化正常鉆進的措施。張程等［3］通過室內實驗研究了超聲波碎巖技術下花崗巖徑向位移與內部損傷的關系，并認為超聲波碎巖技術能提高在花崗巖等硬巖中的鉆進效率，以上學者要么從鉆進設備要么從工藝方法等方面研究如何提高鉆進效率，而未考慮到花崗巖本身的力學特性，目前許多學者利用數值方法研究巖石的力學特性，而在數值方法中，離散元法對于探究巖石在變形破壞的細觀機理方面具有巨大的優勢［4-6］。

許多學者［7-9］使用顆粒流軟件（PFC3D）分析巖石在不同圍壓下、加載速率下的力學特性時其邊界均使用剛性邊界，而常規室內三軸試驗中，試樣基本都采用橡膠膜或乳膠膜密封，剛性邊界不符合實際邊界情況，因此，金磊等［10］根據細分概念，提出三維組合墻法模擬三軸邊界，其在加載過程中體現出與室內試樣相似的橫向膨脹現象，能良好地模擬試樣的變形特征。Xu等［11］在雙軸實驗時使用一定厚度的光滑顆粒集合體來模擬柔性薄膜，發現邊界條件一定程度上會影響剪切帶的形成和形態?！?br>