低弹模包体强度对试样破裂模式影响的数值试验
刘庭金1，唐春安2，朱合华1
(1.同济大学地下建筑与工程系，上海 200092；2.东北大学岩石破裂与失稳研究中心，辽宁沈阳 110004)
摘 要：应用自行开发的岩石破裂与失稳RFPA2D系统，对含低弹模不同强度的包体试样的破裂模式进行了数值试验结果表明：随着包体强度的增大，包体声发射总次数呈明显的下降趋势，而包体主破裂位移加载量呈上升趋势，试样最大承载力呈上升趋势；包体水平轴线上各单元点的剪应力降总是先发生在包体两端位置处，当包体强度较小时，剪应力降由包体水平轴线中央向其两端扩展，当包体强度较大时，由包体水平轴线两端向其中央扩展。
关键词：包体；破裂模式；数值模拟；声发射；剪应力降
中图分类号：TU458.3 文献标识码：A 文章编号：0253-374X(2002)03-0263-06
Numerical Test of Inclusion Strength Influence on Fracture Mode
of Specimen with Low Elastic Modulus Inclusion
LIUTing-jin1，TANGChun-an2，ZHUHe—hua1
(1.Department of Geotechnical Engineering，Tongji University．Shanghai 200092．China;
2.Centre of Rock Induced Seismicity Research，Northeastern University,Shenyang 110004．China)
Abstract：Fracture model of samples with inclusion of low elastic modulus and different strength under the isospeed displacement load are simulated by using our RFPA2D code.The results show that with the increase of the inclusion strength，its acoustic emission(AE)total count has a decreasing trend，while its main fracture displacement load and maximal carrying capacity has an increased trend；when the inclusion strength is comparatively low，sheer stress within inclusion horizontal axes decline from center to its two sides．while when inclusion strength is comparatively high，the result is the other way，though the original shear stress decline is always at its boundary.
Key words：inclusion；fracture model；numerical simulation；acoustic emission；shear stress declin
为了认识地震震源的孕育过程及地震前兆场的规律，世界各国很早就开始了对地震孕震模式的研究。Brady在1974年发表了软包体理论，并分别在1974年、1975年和1976年从实验、理论角度论述了软包体在地震发生和前兆机制中的作用[1-3]。Rice在1979年提出了“包体弱化模型”，对应变软化程度对包体破裂失稳和破裂前兆的影响进行了研究[4]。陈颙提出的包体理论[5]认为：包体是岩石变形局部化形成和发展的前提条件，当包体的等效刚度等于其周围弹性体的(卸载)刚度时，包体变形发生失稳，导致地震的发生梅世蓉针对板内地震活动与前兆场的时空演化特征，结合强震孕震和发生的条件，提出了坚固体孕震模式[6]。针对该硬包体孕震模式，许昭永等人对含硬包体试样的破裂特征、破裂孕育过程中应变场的变化特征及微破裂图像演变过程进行了实验研究[7-9]。张智等[10]。对单轴压力下地震断面上障碍体的性质和作用进行了模拟实验研究唐春安[11]认为：浅源地震是不同地质体(具有不同弱化特征)相互作用的岩石力学系统的一种失稳现象．而失稳的内在原因是在某些因素作用下局部的弱化，是一种物理的非稳定问题，并对包体孕震模式进行了数值模拟研究。
由于实验室试验和理论解析方法在进行地震孕育过程研究中遇到了许多困难，数值模拟分析方法被看成是研究地震基本问题的一个有力工具[12]。目前，利用数值计算方法对地震孕育过程进行研究及可用于探索未知规律的数值试验方法[12](numerical test)已为国内外许多学者所重视．
本文在充分考虑岩石力学性质非均匀性的基础上，应用自行开发的岩石破裂过程分析RFPA2D系统，对含不同包体强度的试样破裂模式进行了系列数值试验研究，分析了在包体弹性模量较低的情况下，包体强度对试样破裂特征、包体声发射规律、试样最大承载力、包体水平轴线上各单元点的剪应力降过程等方面的影响.
