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岩土体非连续结构演化的相场模拟方法*

王允腾 王亚东 刘嘉欣 康璇 吴伟

王允腾, 王亚东, 刘嘉欣, 等, 2025. 岩土体非连续结构演化的相场模拟方法*. 地质力学学报. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2025149
引用本文: 王允腾, 王亚东, 刘嘉欣, 等, 2025. 岩土体非连续结构演化的相场模拟方法*. 地质力学学报. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2025149
WANG Yunteng, WANG Yadong, LIU Jiaxin, et al., 2025. Phase-field modelling of discontinuous structures in geomaterials. Journal of Geomechanics. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2025149
Citation: WANG Yunteng, WANG Yadong, LIU Jiaxin, et al., 2025. Phase-field modelling of discontinuous structures in geomaterials. Journal of Geomechanics. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2025149

岩土体非连续结构演化的相场模拟方法*

doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2025149
基金项目: 欧盟“地平线欧洲”框架计划玛丽·居里学者行动——人才交流项目(101129729,101182721,101235182);奥地利科学基金项目(M3340,P37175);欧洲研究委员会高级研究员资助项目(101141312)

Phase-field modelling of discontinuous structures in geomaterials

  • 摘要: 本文提出了一种热力学一致的相场框架,用于模拟岩土材料中非连续结构的起裂与演化。该模型基于体应变–偏应变分解推导新的裂纹驱动力,并同时考虑拉伸、压缩和剪切的劣化机制。通过引入惯性效应,模型能够捕捉压缩带的动态发展过程,其中波动扰动会诱发微裂纹扩展、颗粒破碎和摩擦性重排。所采用的单元全耦合算法具有良好的数值稳定性和快速收敛性。该框架可再现典型的断裂模式,包括拉伸、剪切、拉–剪混合以及压–剪混合破坏,并基于Benzeggagh–Kenane准则实现不同断裂模式的刻画。通过基准算例验证了模型的预测能力:(i) 类岩石试样单轴压缩试验;(ii) 带V形缺口的Bentheim砂岩试样三轴压缩试验,数值结果与实验观测高度一致。所提出的框架为研究岩土材料在多种加载条件下局部化与断裂的时空演化提供了一种统一方法。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2025-10-09
  • 修回日期:  2025-10-17
  • 录用日期:  2025-10-23
  • 预出版日期:  2025-10-31

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