基于力学参数Weibull分布的非均质岩石力学特性和破坏行为的FDEM数值研究

岩石材料通常是非均质的，传统的数字图像处理（DIP）技术和颗粒模型（GBM）方法难以应用于工程规模的问题研究，如隧道开挖。基于组合有限元-离散元法（FDEM），提出了一种随机参数配置法来模拟非均质岩石的力学特性和破坏行为。用该方法赋予三角形单元的弹性模量和四边形节点单元的强度参数服从Weibull分布。单轴压缩、三轴压缩和巴西圆盘的模拟结果表明，随着非均质性m值的增大，单轴抗压强度、弹性模量、三轴抗压强度、等效粘聚力、等效内摩擦角和抗拉强度均呈指数规律增大，并接近均质岩样的相应值。此外，在单轴和三轴压缩条件下，非均质岩样主要沿着理论破坏角方向发生剪切破坏。隧道开挖模拟结果表明，对于不同m值的非均质围岩，围岩整体断裂形态基本不变，以X型共轭剪切破坏为主，其次为少量拉伸破坏，与均质围岩相似。但随着m值的增大，围岩的破坏程度和最大裂缝扩展范围呈指数规律减小。此外，不同单元尺寸的单轴压缩和隧道开挖模拟结果表明，本文提出的随机参数分配方法是可靠的。