MohrT: Mohr-Coulomb 拉伸应变裂隙模型

文摘   教育培训   2024-12-25 09:26   内蒙古  

1. 引言

Mohr-Coulomb 模型不适合模拟拉伸破坏(断裂)。在处理拉伸破坏时,Mohr-Coulomb 本构模型的一种非物理行为是拉伸塑性应变不可逆。因此任何导致拉伸破坏的塑性应变的反向变化都会立即产生压应力。然而地质材料中拉伸塑性应变的不可逆部分通常非常小,通常可以假设为零。换句话说,在裂缝完全闭合之前,在垂直于裂缝方向上不会产生压应力。


Mohr-Coulomb 模型的这一近似导致的一个后果是,当材料在拉伸条件下发生破坏时,会产生过度的膨胀或体积增加。例如在动态响应,如地震或爆破或开采上覆岩层的变形场景中,这种行为可能会成为问题。在这些情况下,上覆岩层的裂缝可能会随着顶板的坍塌而张开,随后随着整个上覆岩层的下沉而闭合。


MohrT 本构模型(Mohr-Coulomb elasto-plasticity model with tensile strain crack tracking)是 Mohr-Coulomb 本构模型的扩展版本,它考虑了拉伸塑性应变的可逆性,并防止在裂缝闭合之前产生压应力(垂直于裂缝的法向应力),具有跟踪张拉应变裂缝的功能。MohrT 本构模型仅适用于FLAC3D和3DEC,FLAC2D不能使用这个模型


2. MohrT 模型的特性

Mohr-Coulomb 拉伸应变裂隙模型(MohrT 模型)是传统 Mohr-Coulomb 模型的扩展版,专为更好地处理材料中的拉伸破坏(断裂)而设计,以下是 MohrT 模型的关键特性:

(1) 拉应变行为:与标准的 Mohr-Coulomb 模型假设拉伸塑性应变不可逆不同,MohrT 模型将拉应变视为可逆的,这意味着当由于拉应力形成裂缝后,裂缝可以闭合,而不会立即产生压应力,这种行为对于准确模拟材料在拉伸破坏和裂缝闭合同时发生的场景 (例如地下采矿或开挖)中的性质是必要的。 

(2) 开裂机制:当超过拉伸强度(σt)时,就会形成裂缝,并且垂直于裂缝的法向应力被设置为零,这对应于材料在拉伸条件下的即时软化,反映了材料在裂缝张开相关的塑性应变积累过程中的拉伸行为。   

(3) 应力修正:在随后的计算中,当裂缝张开时,模型会应用应力修正以模拟拉伸屈服,并将裂缝面上的剪应力设置为零。   

(4) 破坏包络线:该模型保持与 Mohr-Coulomb 模型类似的破坏包络线,从而能够预测在不同应力条件下材料的屈服行为。

MohrT 模型提供了材料在拉伸载荷下更现实的表现,能够模拟裂缝的形成和闭合行为,这对于岩土工程和采矿应用中的模拟至关重要。


3. 使用MohrT 模型

在FLAC3D中使用MohrT 模型:

zone cmodel assign mohr-coulomb-tension

在3DEC中使用MohrT 模型

block zone cmodel assign mohr-coulomb-tension

主要的单元属性(zone property):

  • density
  • bulk
  • shear
  • cohesion
  • friction
  • dilation

  • tension

4. 结束语

本文概述了Mohr-Coulomb 拉伸应变隙模型(MohrT 模型),MohrT 模型是传统 Mohr-Coulomb 模型的扩展版,这个模型可以更好地模拟材料在拉应力下的行为,一个典型的应用是煤层开挖模拟,传统的Mohr-Coulomb模型在大应变模式下(model large-strain on)下,经常会出现顶板穿透底板的情况,采用MohrT模型有助于防止出现模拟过程中出现的重叠现象。

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