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VoronoiRBSM-2D二维裂隙岩体破坏过程分析软件
产品版本: V1.0
适用平台: Windows
产品介绍典型案例参考文献

软件简介

VoronoiRBSM-2D主要用于模拟分析二维裂隙岩体在应力、高水压、卸荷等作用下裂纹起裂、扩展至破坏全过程。VoronoiRBSM-2D软件模块包括前处理模块、分析计算模块和后处理模块。用户可以根据需要自动生成基于Voronoi图的计算网格;计算模块参数设定简单,收敛速度快且精度高;后处理模块可将计算结果以裂纹分布图,裂纹累计图,变形图,应力应变曲线等形式显示和输出。


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软件功能及特色

1、计算方法类似于简化版的DDA,固定接触关系,忽略块体变形,非常易于实现,程序鲁棒性好;

2、采用Voronoi多边形计算网格,网格随机生成,最大限度降低裂纹扩展的网格依赖性;

3、能够模拟应力作用下完整岩块从微裂隙产生、扩展到贯通破坏的全过程,能够描述由于围压增大引起的抗压强度非线性增大和脆-延性过渡现象,可以解释岩石破坏过程中裂纹扩展的细观机制。

4、结合等效离散裂隙网络模型,可有效模拟全应力应变过程中岩石渗透性演化过程,描述由于损伤积累和裂纹贯通引起的渗透性突增现象。

5、结合等效离散裂隙网络模型,可有效模拟水压致裂过程,且能描述不同围压条件、注液工艺参数、岩石各向异性性质等对该过程的影响。

6、模拟边坡、地下洞室在复杂水力赋存条件和开挖条件下的渐进破坏过程。


案例1: 岩石室内三轴试验模拟

提出了改进刚体弹簧方法,用于粘性岩土材料(如岩石、混凝土等)破坏过程的细观机制研究。该方法将岩石看作多边形颗粒组成的集合,通过细观颗粒界面的剪切和拉裂渐进破坏显式模拟从微裂隙产生、扩展和贯通、宏观裂纹产生到岩体破坏的全过程,可以描述非线性应力应变曲线、剪胀效应、强度围压依赖性、脆-延性过渡以及破坏局部化等复杂岩石力学行为。图1~2分别给出了软件模拟得到的应力应变曲线和微裂隙扩展过程,相应的成果发表于《Computers and Geotechnics》和《岩石力学与工程学报》等。


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图1: 不同围压条件下的应力应变曲线及微裂隙累计曲线 (Unit: stress: MPa, strain: 10-6)


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A1              A2              A3             A4              B1              B2              B3             B4

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C1              C2              C3             C4               D1              D2              D3             D4

图2: 不同围压条件下岩石渐进破坏过程0MPa, 10MPa, 20MPa and 40MPa. (蓝色:拉裂纹; 粉色: 剪切裂纹)


案例2: 全应力应变过程中岩石渗透性演化模拟

提出了应力作用下岩石渗透性演化过程数值模型。岩石破坏过程模拟基于改进刚体弹簧方法;渗流部分采用等效离散裂隙网络模型,模拟含多条裂隙岩土材料的稳定渗流过程。图3给出了二维完整岩石在不同围压条件下的破坏模式和峰后渗透流量分布,可以看出,所用模型很好的表现了由于剪切带的形成带来的渗流场分布的改变。图4给出了不同围压条件下完整岩石的应力应变曲线和渗透性演化规律,不仅模拟了峰后渗透系数的剧增现象,而且表现了围压对渗透系数演化过程的影响。该模型已被用于法国核废料填埋处置场的围岩破坏模式分析,相应成果发表于国际期刊《Transport in porous media》。


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(a)20MPa          (b)40MPa

图3 二维完整岩石在不同围压条件下的破坏模式和渗透流量分布

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图 4 不同围压条件下完整岩石的应力应变曲线和渗透性演化规律


案例3:岩石水压致裂过程模拟

结合等效离散裂隙网络模型和刚体弹簧方法,建立了岩石水压致裂过程模拟方法。该方法可有效分析岩石各向异性、围压等对压裂过程及压裂模式的影响,图5展示了压裂过程的裂隙分布和水压分布,相应成果发表于《International Journal of Petroleum Science and Engineering》和《岩石力学与工程学报》等期刊。


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图5 压裂过程的裂隙发展和水压分布


案例4:地下洞室开挖损伤演化过程模拟

在改进刚体弹簧方法理论框架内,提出了开挖的模拟算法,研究了变形和强度各向异性对围岩开挖损伤区演化的影响。计算得到的损伤区分布规律(图6)与现场观测结果基本吻合,令人信服地阐释了由于层状泥岩力学特性各向异性引起的损伤区的定向演化机制。相应成果发表于《Computers and Geotechnics》和《岩石力学与工程学报》等


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图6 计算得到的损伤区分布









1. Yao C, Shao J F, Jiang Q H, et al. A new discrete method for modeling hydraulic fracturing in cohesive porous materials[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2019, 180(9): 257-267

2. Yao C, Shao J F, Jiang Q H, et al. Numerical study of excavation induced fractures using an extended rigid block spring method[J]. Computers and Geotechnics, 2017, 85: 368-383.

3. Yao C, Jiang Q H, Shao J F. A discrete approach for modeling damage and failure in anisotropic cohesive brittle materials[J]. Engineering Fracture Mechanics, 2016, 155:102-118

4. Yao C, Jiang Q H, Shao JF. A Numerical Analysis of Permeability Evolution in Rocks with Multiple Fractures[J]. Transport in Porous Media, 2015, 108(2): 289-311.

5. Yao C, Jiang QH, Shao JF. Numerical simulation of damage and failure in brittle rocks using a modified rigid block spring method[J]. Computers and Geotechnics. 2015, 64:48–60.

6. Yao C, Jiang Q, Shao J, et al. Modelling of hydro-mechanical coupling and transport in densely fractured rock mass[J]. European Journal of Environmental and Civil Engineering, 2015, 19(5): 521-538.


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