用离散元法研究冻融循环下岩石的力学行为

在这项研究中，我们采用离散元方法 (DEM) 来评估冻融循环 (FTCs) 作用对岩石力学性能的影响。为了克服DEM模型的固有孔隙度限制并更好地代表饱和岩石样品，我们开发了一种算法，将较小且大小不同的颗粒包含到岩石孔隙中。通过在PFC2D中开发弹塑性平行键模型来考虑冰水相变和由此产生的残余应变积累。首先通过将数值结果与已发布的实验数据进行比较来验证该模型的合理性。数值结果突显了岩石试样单轴抗压强度 (UCS) 和杨氏模量的FTCs恶化。我们建立了FTCs数与岩石力学性能之间的指数相关性，其趋势与实验观察结果一致。颗粒间接触损伤也反映了冻融循环处理下岩石标本微裂缝的形成和分布。基于弹塑性平行键模型，我们研究了孔隙度和初始UCS对衰减常数的影响，该衰减常数反映了岩石的冻融阻力。发现UCS和杨氏模量的衰减常数随孔隙率的增加而减小。而UCS的衰减随着初始UCS的增加而减小，这意味着较大的初始UCS的样本更难被FTCs破坏。这项研究为气候变化下的岩石退化过程提供了新的见解，并可能有助于未来设计和评估气候弹性基础设施。