1 引言
岩石是一种复杂的结构体，在其承载破坏的全过程中，会呈现出非常明显的脆性破坏特征。岩石内部分布大量的节理、微裂隙、断层等，是一种较为典型的非均质材料。且在各类工程建设中，岩石的承载破坏会引发一系列的地质灾害，如：煤爆、矿震、巷道变形等。因此，对承载岩石损伤直至破坏过程的监测预警具有非常重要的意义。
随着计算机的高速发展，越来越多的学者通过数值模拟软件对岩石的破坏过程进行模拟，以期对岩石破坏进行监测预警。运用数值模拟软件可以清晰的观察到岩石破坏过程中位移变形情况，从而对岩石破坏进行预警，这也为岩石受载破坏前兆研究提供了新方法新途径。运用数值模拟软件可以清晰的观察到岩石破坏过程中位移变形情况，从而对岩石破坏进行预警，这也为岩石受载破坏前兆研究提供了新方法新途径。陆银龙[1]等采用Matlab编程软件将细观模型嵌入到Comsol宏观有限元模型中，在此条件下，对岩石蠕变过程进行了数值模拟，模拟结果揭示了岩石从细观时效损伤演化至宏观破裂的全过程。陈鹏宇[2]运用PFC2D模拟裂隙岩石裂纹扩展特征，总结了单裂隙、断续双裂隙岩石在不同加载方式下的裂纹扩展特征。王学滨[3]等采用FLAC3D，通过对试样的尺寸效应、二块体地震模型、五块体地震模型和厚壁圆筒模型进行了变形局部化数值模拟研究，解释了自然灾害中的变形局部化现象。FANG[4]等通过FISH语言修正了FLAC3D软件自带的INTERFACE本构模型，采用数值模拟和室内试验相结合的方法对剪切过程中结构面接触和受力的分布及其演化规律进行了研究，揭示了结构面剪切应力演化机理。Liu Jia[5]等采用二维颗粒流代码（PFC2D）中具有Weibull分布的线性平行键合模型，研究了不同非均质性花岗岩试样的力学特性和脆性破坏模式,在峰值应力下岩石试样的裂纹分布表现出不同的特征：非均质性指数低的岩石试样呈对角形状，非均质性指标高的岩石试样为旋转“Y”形。
本文拟采用FLAC3D数值模拟软件,模拟受力花岗岩单轴压缩的全过程。通过FLAC3D模拟软件内嵌的FISH语言编程非均质命令，实现模型花岗岩的非均质性，进而模拟花岗岩单轴承载破坏过程，通过对模型花岗岩的裂纹发展云图分析，从而对花岗岩的承载破坏进行监测预警。
2 基于FLAC3D数值模拟岩石单轴压缩破坏过程
2.1非均质模型的赋值
由于天然花岗岩内部自身存在大量的微孔洞、微裂隙、断层等，且花岗岩的物理力学性质和颗粒分布、缺陷等存在较强的不一致性，因此花岗岩是一种典型的非均质材料[6]。故本文通过花岗岩的力学性质服从Weibull分布，从而实现花岗岩的非均质性。
2.2模型的建立
通过FLAC3D数值模拟软件模拟实验室内单轴加载花岗岩的标准尺寸为50mm×50mm×100mm的立方体，单轴加载花岗岩的模型共划分为17500个网格单元。利用FLAC3D中内置的FISH语言进行编程，使单轴加载花岗岩计算模型的弹性模量服从Weibull分布，进而建立单轴加载花岗岩的非均质模型。通过室内单轴压缩花岗岩实验的最终破坏图片，确定单轴加载花岗岩模拟模型的非均质系数为m=7。单轴加载花岗岩模型在不同均质度下模型最终破坏云图。
2.3结果分析
花岗岩在单轴压缩的过程中，花岗岩会出现起裂、裂缝连接、裂缝贯通等现象，最终产生宏观破坏，在此过程中花岗岩试样经历了复杂的物理力学过程。根据以往的研究，单轴加载花岗岩加载破坏可分为压密阶段、弹性阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹非稳定扩展阶段及峰后破坏阶段，故可通过这五个阶段对实验结果进行对比分析。
由花岗岩应力应变曲线可知：在压密阶段内，在此阶段内，花岗岩内部的微裂隙、微孔洞不断压缩，实验的应力应变曲线会呈现下凸的趋势，而模型的应力应变曲线并不能很好的体现出压密阶段。在弹性阶段内，在此阶段内，花岗岩内部的裂纹不会进一步的发展，模型的应力应变曲线与室内实验的应力应变曲线呈正比关系，且存在较大的一致性。在裂纹稳定发展与裂纹非稳定发展阶段内，在此阶段内，花岗岩内部的微裂纹在外力的作用下开始出现贯通、扩展，模型的应力应变曲线与室内实验的应力应变曲线几乎达到吻合状态。在峰后破坏阶段内，在此阶段内，花岗岩在外力不断作用下达到承载极限，出现不可逆的破坏。模型的应力应变曲线与室内实验的应力应变曲线的跌落程度基本吻合，进一步验证了模型正确性与可靠性。
3 模型裂纹发展过程研究
通过上述流程，基本验证了模型的可行性与可靠性。由FLAC3D导出模型在不同时步下裂纹发育图可知，花岗岩的最终破坏时表面裂纹呈现“Y”型，这与室内单轴压缩实验结果完全吻合。由裂纹演化云图可知，花岗岩在压缩过程中首先会出现从左上到右中的斜向裂纹，随后产生从右上到左下的斜向裂纹。
4 结论
通过数值模拟软件FLAC3D中FISH语言编程非均质模型，实现了花岗岩的非均质性。通过建立的模型得出花岗岩在单轴压缩过程中裂纹演化过程，对花岗岩破坏监测提供了好的方法。
参考文献：
[1] 陆银龙,王连国.基于微裂纹演化的岩石蠕变损伤与破裂过程的数值模拟[J].煤炭学报,2015,40(06):1276-1283.
[2] 陈鹏宇.PFC~(2D)模拟裂隙岩石裂纹扩展特征的研究现状[J].工程地质学报,2018,26(02):528-539.
[3] 王学滨,潘一山,盛谦,丁秀丽.平面应变岩样局部化变形场数值模拟研究[J].岩石力学与工程学报,2003(04):521-524.
[4] FANG Z, HARRISON J P. Development of a local degradation approach to the modeling of brittle fracture in heterogeneous rocks[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2002, 39(4): 443－457.
[5] Liu Jia,Ma Fengshan,Guo Jie,Zhou Tongtong,Song Yewei,Li Fangrui. Numerical Simulation of Failure Behavior of Brittle Heterogeneous Rock under Uniaxial Compression Test[J]. Materials,2022,15(19).
[6] 侯冰，木哈达斯·叶尔甫拉提，付卫能等. 页岩暂堵转向压裂水力裂缝扩展物模试验研究[J].辽宁石油化工大学学报,2020,40(04): 98-104.
