基于离散元的冲击波穿过岩体结构面数值分析

基于离散元的冲击波穿过岩体结构面数值分析

杨泽荣，权雪瑞，刘春^*，吴嘉起，袁冰

摘要: 自然界中岩体属于非均质、不连续的结构体，其包含的大量节理、裂隙及软弱夹层等不规则结构面，对冲击波在岩体中的传播具有重要影响。本文基于国产高性能离散元软件MatDEM，构建了含结构面岩体数值模型，研究了节理面倾角、软弱夹层充填厚度及入射波频率对冲击波透射系数的影响规律。开展了冲击波通过岩体节理面和软弱夹层的离散元数值分析，结果表明：（1）节理面对冲击波的传播具有明显的阻隔作用，且随着入射角的逐渐增大，透射系数呈现出先减小后增大的变化趋势；（2）软弱夹层对冲击波的传播具有明显的延时和滤波效应，当充填厚度逐渐增加时，充填节理吸能、耗能现象越明显，透射系数减小；（3）随着入射波频率升高，透射系数逐渐减小。研究结果验证了离散元法能有效模拟冲击波在岩体中传播方面的动力作用。

关键词: 离散元；动力响应；节理面；软弱夹层；MatDEM

图1 颗粒间法向力和颗粒间切向力

图2 砂岩试验数值模型

图3 灰岩岩体数值计算模型及监测点设置示意图

图5 入射角为0°时，不同时刻数值岩体内部x轴方向速度场分布

图8 含软弱夹层灰岩岩体数值计算模型及监测点布置

图9 不同时刻数值岩体内部x轴方向速度场分布

杨泽荣,权雪瑞,刘春,等.基于离散元的冲击波穿过岩体结构面数值分析[J].现代应用物理,2025,16(06):152-160.