(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111311445.8 (22)申请日 2021.11.08 (71)申请人 山东科技大 学 地址 266590 山东省青岛市黄岛区前湾港 路579号 (72)发明人 王辉　周航　商世昌　蒋成　 (74)专利代理 机构 北京八月瓜知识产权代理有 限公司 1 1543 代理人 陈赢 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于ABAQUS的岩石裂隙扩 展数值模拟方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于ABAQUS 的岩石裂隙 扩展数值模拟方法， 包括步骤获取数值模拟所涉 及的岩体力学参数； 建立数值模拟模型； 将包含 最大拉应力准则、 最大压应力准则和莫尔 ‑库仑 破坏准则的破坏准则编程到AB AQUS软件的VUMAT 子程序中， 并使用破坏单元删除算法实现岩石裂 隙扩展的数值模拟， 得到岩石破坏的不同形式。 本发明将最大压应力、 最大拉应力和莫尔 ‑库仑 准则设定为复合应力下基体单元的失效准则编 程到ABAQUS软件的VUMAT子程序中， 单元的失效 由任意单元的第一应力状态和失效准则决定， 实 现模拟岩石块体在载荷作用下的变形和破坏过 程， 本发明可运用于岩石材料断裂和裂纹扩展的 研究的多种形式和方法。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 114036744 A 2022.02.11 CN 114036744 A 1.基于ABAQUS的岩石裂隙扩展数值模拟方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 获取数值模拟所 涉及的岩体力学参数； 建立数值模拟模型； 将包含最大拉应力准则、 最大压应力准则和莫尔 ‑库仑破坏准则的破坏准则编程到 ABAQUS软件的VUMAT子程序中， 并使用破坏单元删除算法实现岩石裂隙扩展的数值模拟， 得 到岩石破坏的不同形式； 其中, 岩体力学参数包括材料的密度、 弹性值、 平均抗压强度， 抗压强度与抗拉强度之比， 泊 松比； 模型参数包括： 数值模型尺寸、 孔洞位置及尺寸， 裂缝位置及尺寸。 2.如权利 要求1所述的基于ABAQUS的岩石裂隙扩展数值模拟方法， 其特征在于， 所述岩 体力学参数设定具体如下： 材料的弹性模量为8.69GPa， 平均抗压强度为19.32Mpa， 抗压强度与抗拉强度之比为 10， 泊松比为0.3 3， 材料密度为26 00kg·m‑3。 3.如权利 要求1所述的基于ABAQUS的岩石裂隙扩展数值模拟方法， 其特征在于， 所述模 型参数设定具体如下： 数值模型尺寸:H ×W×T＝120mm×60mm×30mm； 模型中心位置预制直径为10mm的孔洞， 孔洞两侧分别预制一条12mm长的裂缝， 且裂缝 宽度为2.5m m， 倾角为 45°； 模型底部施加法向约束， 上表面压缩采用位移控制加载， 加载最大位移为15mm， 加载速 率控制为0.0 05mm/步； 在ABAQUS软件平台中， 采用动态分析步骤， 模型单元形状为四边形， 采用结构化划分方 法； 计算模型采用平面应 变问题， 在计算范围内模型为各向同性。 4.如权利要求1所述的基于ABAQUS的岩石裂隙扩展数值模拟方法， 其特 征在于， 所述 单元的最大拉应力标准 为： f＝|σ1|‑σt＝0； 单元的最大压应力标准 为： f＝|σ3|‑σc＝0； 矩阵元失效的莫尔 ‑库仑准则为： 其中， σ1代表的是单元的第一主应力， σt是基体的静态抗拉强度， σ3是单元的第三主应 力， σc是基体的静态抗压强度， c、 是材料的屈服或破坏参数， 即材 料的内聚力和内摩擦角。 5.如权利 要求4所述的基于ABAQUS的岩石裂隙扩展数值模拟方法， 其特征在于， 所述破 坏单元删除算法具体实现步骤： 在荷载作用下， 当模型中任意一单元的应力状态满足所述最大压应力、 最大拉应力或 矩阵元失效的莫尔 ‑库仑准则任一条件时， 该单元被识别为断裂并被删除， 即退出下一荷载 步的迭代计算并重复上述 步骤， 直到所有单 元的计算残差满足收敛准则； 输出单元的应力和变形 结果， 及裂隙扩展模拟图。 6.如权利 要求3所述的基于ABAQUS的岩石裂隙扩展数值模拟方法， 其特征在于， 还设置 了 预制裂纹长度分别为6.004 ×10‑6m、 8.404×10‑6m、 1.009×10‑5m、 1.800×10‑5m、 4.427 ×10‑5m、 6.113×10‑5m岩石裂隙扩展的数值模拟。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114036744 A 2基于ABAQUS的岩石裂隙扩展数值模拟方 法 技术领域 [0001]本发明涉及岩石裂隙扩展技术领域， 具体涉及 基于ABAQUS的岩石裂隙扩展数值模 拟方法。 背景技术 [0002]裂隙是指岩体两侧的岩块在承受应力断裂后没有明显位移的小型断裂构造， 是一 种普遍存在的地质构造。 在实际工程中， 岩石中的节理、 裂缝、 孔洞等缺陷是不可避免的工 程现象， 其不稳定发展会引发洞穴崩塌和边坡失稳等地质灾害。 因此， 岩石断裂扩展的力学 机制研究越来越受到学术界和工程界的重 视。 [0003]岩石材料断裂和裂纹扩展的研究有多种形式和方法。 然而， 目前的工作只能应用 于特定情况下试件的模拟工作， 有必 要提出一种新的可面向多种形式和方法的岩石裂隙扩 展模拟系统。 发明内容 [0004]为了解决上述技术问题， 本 发明所采用的技术方案是提供了一种基于ABAQUS的岩 石裂隙扩展数值模拟方法， 包括以下步骤： [0005]获取数值模拟所 涉及的岩体力学参数； 建立数值模拟模型； [0006]将包含最大拉应力准则、 最大压应力准则和莫尔 ‑库仑破坏准则的破坏准则编程 到ABAQUS软件的VUMAT子程序中， 并使用破坏单元删除算法实现岩石裂隙扩展的数值模拟， 得到岩石破坏的不同形式； 其中, [0007]岩体力学参数包括材料的密度、 弹性值、 平均抗压强度， 抗压强度与抗拉强度之 比， 泊松比； [0008]模型参数包括： 数值模型尺寸、 孔洞位置及尺寸， 裂缝位置及尺寸。 [0009]在上述方法中， 所述岩体力学参数设定具体如下： [0010]材料的弹性模量为8.69GPa， 平均抗压强度为19.32Mpa， 抗压强度与抗拉强度之比 为10， 泊松比为0.3 3， 材料密度为26 00kg·m‑3。 [0011]在上述方法中， 所述模型参数设定具体如下： [0012]数值模型尺寸:H ×W×T＝120mm×60mm×30mm； [0013]模型中心位置预制 直径为10mm的孔洞， 孔洞两侧分别预制 一条12mm长的裂缝， 且 裂缝宽度为2.5m m， 倾角为 45°； [0014]模型底部施加法向约束， 上表面压缩采用位移控制加载， 加载最大位移为15mm， 加 载速率控制为0.0 05mm/步； [0015]在ABAQUS软件平台中， 采用动 态分析步骤， 模型单元形状为四边形， 采用结构 化划 分方法； 计算模型采用平面应 变问题， 在计算范围内模型为各向同性。 [0016]在上述方法中， 所述 [0017]单元的最大拉应力标准 为： f＝|σ1|‑σt＝0；说　明　书 1/4 页 3 CN 114036744 A 3