一种静态破坏与动态破坏的判别方法及系统

1.本发明涉及岩石力学技术领域，特别是涉及一种静态破坏与动态破坏的判别方法及系统。


背景技术：

2.岩爆是高地应力地区开挖卸荷诱发岩体中聚积的弹性能突然释放，导致围岩爆裂、弹射的动力现象，具有很强的突发性、随机性和危害性。岩爆灾害影响工程施工进度，威胁施工人员生命安全。为研究岩爆发生条件和破坏机制，学者开展了很多真三轴加荷、卸荷破坏实验。jiang m.z等发现，在低速率条件下卸载，大理石试样的破坏过程更加稳定，不易发生动态弹射。feng x.t.等发现，在与试样破坏时相同的应力状态下，卸载应力路径的承载能力和变形均大于加载应力路径。suo g.s等利用声发射技术研究了岩爆弹射破坏过程的特点和规律，得到了硬岩静态和动态失稳时的声发射前兆。zhu g.a.等发现，在一定围压条件下，当轴向应力大于煤样单轴抗压强度的3倍时，煤样就会发生岩爆破坏。
3.室内真三轴试验设备昂贵，并且试验能开展的应力路径有限，不能模拟复杂多变的岩爆受力工况。数值模拟方法可以考虑岩体的非线性变形特征和多变的应力路径。学者采用有限元、有限差分以及离散元等方法模拟真三轴卸荷试验破坏过程。受限于单元网格问题，大部分有限元和有限差分程序不能很好地模拟岩石裂纹扩展过程。有学者自编程序模拟岩石真三轴加卸荷破坏过程，但通用性受限，往往只适用于某些特定的应力路径。
4.颗粒流程序pfc
3d
是基于离散元理论开发，pfc
3d
模型由颗粒物质组成，能较好地模拟非均质岩体裂纹的萌生、扩展过程和颗粒弹射的动力现象。马春驰等在细观层面建立了硬脆岩石的力学模型，采用pfc
3d
对不同围压三轴卸荷的岩爆效应进行模拟，表明高围压卸荷具有更明显的脆性破裂性质。丛怡等开展了常规三轴加、卸荷试验模拟，探讨了不同卸荷速率下大理岩的破裂性质及破坏机制，表明卸荷速率越快，大理岩越容易发生脆性破坏，当卸荷速率超过6mpa/s时，大理岩的损伤程度与破坏形式逐渐一致。吴顺川等开展了灰质白云岩的室内卸载岩爆试验，利用pfc
3d
进行岩爆数值模拟，探讨了不同应力状态下岩样岩爆过程中细观破裂现象。李江腾等利用pfc
3d
再现真三轴卸荷试验中岩石细观破裂过程，探讨了细观裂纹演化规律，表明卸载时裂纹数量迅速增加。zhangy.j.等通过三维颗粒流离散元方法(pb-dem)研究了常规三轴卸荷条件下含预制裂纹大理岩试样的力学和破坏特征，表明随着初始围压增大或卸荷速率减小，峰值强度逐渐增大，卸荷应力路径对含预制裂纹大理岩试样的裂纹贯通类型和最终破坏模式具有显著影响。bai q.s.等通过数值模拟，研究了各向异性岩体在真三轴应力路径加载过程中的破坏行为，表明中间主应力σ2和最小主应σ3卸载在试样早期损伤阶段引发了微裂纹，揭示了卸载在岩石破坏中的作用。
5.岩爆真三轴模拟试验侧重分析岩石破坏过程和破坏特征，岩爆颗粒流模拟侧重再现颗粒弹射过程。岩石颗粒弹射是否与岩爆完全对应尚不清楚，岩爆发生时的静-动转换机制和转换条件尚不明了，无法区分静态破坏和动态破坏，从而导致对于岩爆的预测不准确及防治效果不理想的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种静态破坏与动态破坏的判别方法及系统，以解决现有技术中对于岩爆的预测不准确及防治效果不理想的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.一种静态破坏与动态破坏的判别方法，包括：
9.建立pfc
3d
离散元模型；
10.利用试错法对所述pfc
3d
离散元模型的细观参数进行调整，得到调整后的pfc
3d
离散元模型；所述细观参数包括颗粒-颗粒接触模量、颗粒刚度比、平行粘结弹性模量、平行粘结刚度比、颗粒摩擦系数、平行粘结半径乘子、平行粘结法向强度均值、平行粘结法向强度标准差、平行粘结切向强度均值和平行粘结切向强度标准差；
11.根据室内试验结果确定多组应力组合；所述室内试验结果为室内花岗岩真三轴加荷和卸荷破坏试验的试验结果；所述应力组合包括最小主应力和中间主应力；
12.根据多组所述应力组合对所述调整后的pfc
3d
离散元模型进行真三轴加荷破坏模拟以及真三轴突然卸荷破坏模拟，得到模拟结果；所述模拟结果为任一所述应力组合下的破坏形式、能量变化、颗粒的位移以及颗粒的速度；
13.根据所述模拟结果确定临界应力组合范围；
14.根据所述临界应力组合范围确定临界应力方程；
15.根据所述临界应力方程确定花岗岩真三轴突然卸荷破坏过程的临界应力；
16.根据所述临界应力确定花岗岩真三轴突然卸荷破坏过程发生静态破坏或者动态破坏。
17.可选的，所述利用试错法对所述pfc
3d
离散元模型的细观参数进行调整，得到调整后的pfc
3d
离散元模型，具体包括：
18.根据所述pfc
3d
离散元模型的宏观参数，选定所述pfc
3d
离散元模型的细观参数；所述宏观参数包括峰值强度、弹性模量和泊松比；
19.利用试错法对所述细观参数进行调整；
20.当所述pfc
3d
离散元模型模拟花岗岩真三轴加荷破坏的应力-应变曲线、峰值强度值、峰值应变值以及破坏形式与所述室内试验结果一致时，得到调整后的pfc
3d
离散元模型。
21.可选的，所述根据所述模拟结果确定临界应力组合范围，具体包括：
22.根据所述模拟结果确定所述真三轴突然卸荷破坏模拟过程中的颗粒位移和颗粒速度的演化过程；
23.根据所述演化过程确定真三轴突然卸荷破坏的破坏形式以及卸荷破坏过程中瞬时动能的变化规律；
24.根据所述破坏形式以及所述瞬时动能的变化规律确定所述模拟结果为静态破坏或者动态破坏；
25.根据发生静态破坏的应力组合以及发生动态破坏的应力组合确定临界应力组合；
26.根据所述临界应力组合确定临界应力组合范围。
27.可选的，所述根据所述临界应力组合确定临界应力组合范围，具体包括：
28.所述最小主应力不变，以1mpa为增量增大所述中间主应力，确定初始临界应力组合范围；
29.根据所述初始临界应力组合范围，以0.1mpa为增量增大所述中间主应力，确定所述临界应力组合范围。
30.可选的，所述根据所述临界应力组合范围确定临界应力方程，具体包括：
31.对所述临界应力组合范围进行拟合，确定临界应力方程；
32.所述临界应力方程为σ
1-σ2＝109.41 6.84σ
3-0.146σ
32
；其中，σ1表示轴向应力；σ2表示中间主应力；σ3表示最小主应力。
33.一种静态破坏与动态破坏的判别系统，包括：
34.模型建立模块，用于建立pfc
3d
离散元模型；
35.参数调整模块，用于利用试错法对所述pfc
3d
离散元模型的细观参数进行调整，得到调整后的pfc
3d
离散元模型；所述细观参数包括颗粒-颗粒接触模量、颗粒刚度比、平行粘结弹性模量、平行粘结刚度比、颗粒摩擦系数、平行粘结半径乘子、平行粘结法向强度均值、平行粘结法向强度标准差、平行粘结切向强度均值和平行粘结切向强度标准差；
36.应力组合确定模块，用于根据室内试验结果确定多组应力组合；所述室内试验结果为室内花岗岩真三轴加荷和卸荷破坏试验的试验结果；所述应力组合包括最小主应力和中间主应力；
37.模拟模块，用于根据多组所述应力组合对所述调整后的pfc
3d
离散元模型进行真三轴加荷破坏模拟以及真三轴突然卸荷破坏模拟，得到模拟结果；所述模拟结果为任一所述应力组合下的破坏形式、能量变化、颗粒的位移以及颗粒的速度；
38.临界应力组合范围确定模块，用于根据所述模拟结果确定临界应力组合范围；
39.临界应力方程确定模块，用于根据所述临界应力组合范围确定临界应力方程；
40.临界应力确定模块，用于根据所述临界应力方程确定花岗岩真三轴突然卸荷破坏过程的临界应力；
41.判别模块，用于根据所述临界应力判别花岗岩真三轴突然卸荷破坏过程发生静态破坏或者动态破坏。
42.可选的，所述参数调整模块，具体包括：
43.参数确定单元，用于根据所述pfc
3d
离散元模型的宏观参数，选定所述pfc
3d
离散元模型的细观参数；所述宏观参数包括峰值强度、弹性模量和泊松比；
44.调整单元，用于利用试错法对所述细观参数进行调整；
45.模型确定单元，用于当所述pfc
3d
离散元模型模拟花岗岩真三轴加荷破坏的应力-应变曲线、峰值强度值、峰值应变值以及破坏形式与所述室内试验结果一致时，得到调整后的pfc
3d
离散元模型。
46.可选的，所述临界应力组合范围确定模块，具体包括：
47.演化过程确定单元，用于根据所述模拟结果确定所述真三轴突然卸荷破坏模拟过程中的颗粒位移和颗粒速度的演化过程；
48.根据所述演化过程确定真三轴突然卸荷破坏的破坏形式以及卸荷破坏过程中瞬时动能的变化规律；
49.判别单元，用于根据所述破坏形式以及所述瞬时动能的变化规律确定所述模拟结果为静态破坏或者动态破坏；
50.临界应力组合确定单元，用于根据发生静态破坏的应力组合以及发生动态破坏的
应力组合确定临界应力组合；
51.临界应力组合范围确定单元，用于根据所述临界应力组合确定临界应力组合范围。
52.可选的，所述临界应力组合范围确定单元，具体包括：
53.初始范围确定子单元，用于所述最小主应力不变，以1mpa为增量增大所述中间主应力，确定初始临界应力组合范围；
54.细化子单元，用于根据所述初始临界应力组合范围，以0.1mpa为增量增大所述中间主应力，确定所述临界应力组合范围。
55.可选的，所述临界应力方程确定模块，具体包括：
56.临界应力方程确定单元，用于对所述临界应力组合范围进行拟合，确定临界应力方程；所述临界应力方程为σ
1-σ2＝109.41 6.84σ
3-0.146σ
32
；其中，σ1表示轴向应力；σ2表示中间主应力；σ3表示最小主应力。
57.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
58.本发明通过建立pfc
3d
离散元模型；利用试错法对pfc
3d
离散元模型的细观参数进行调整；根据室内试验结果确定多组应力组合；根据多组应力组合对调整后的pfc
3d
离散元模型进行真三轴加荷破坏模拟以及真三轴突然卸荷破坏模拟，得到模拟结果；根据所述模拟结果确定临界应力方程进而确定临界应力；根据所述临界应力确定花岗岩真三轴突然卸荷破坏过程发生静态破坏或者动态破坏。本发明中基于室内试验结果，采用颗粒流程序pfc
3d
建立离散元模型，通过对pfc
3d
离散元模型进行破坏模拟确定临界应力方程，从而判断花岗岩真三轴突然卸荷破坏过程发生静态破坏还是动态破坏，提高了对于岩爆预测的准确性，使得对岩爆的防治达到很好的效果。
附图说明
59.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
60.图1为本发明提供的一种静态破坏与动态破坏的判别方法的流程图；
61.图2为本发明具体实施方式中室内试验与pfc
3d
离散元模型模拟试样图；其中，图2(a)为室内试验花岗岩试样示意图；图2(b)为pfc
3d
离散元模型示意图；
62.图3为本发明具体实施方式中室内试验与pfc
3d
离散元模型模拟的应力-应变曲线对比图；
63.图4为本发明具体实施方式中突然卸荷方向示意图；
64.图5为本发明具体实施方式中花岗岩真三轴突然卸荷破坏形式示意图；其中，图5(a)为第一种破坏形式示意图；图5(b)为第二种破坏形式示意图；图5(c)为第三种破坏形式示意图；
65.图6为本发明具体实施方式中数值模拟方案ⅰ瞬时动能-轴向应变曲线图；其中，图6(a)为最小主应力σ3＝10mpa的瞬时动能-轴向应变曲线图；图6(b)为最小主应力σ3＝20mpa的瞬时动能-轴向应变曲线图；图6(c)为最小主应力σ3＝30mpa的瞬时动能-轴向应变曲线
图；
66.图7为本发明具体实施方式中静-动态破坏瞬时动能曲线对比图；
67.图8为本发明具体实施方式中动态破坏临界状态应力组合关系曲线图；
68.图9为本发明提供的一种静态破坏与动态破坏的判别系统的结构图。
具体实施方式
69.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
70.本发明的目的是提供一种静态破坏与动态破坏的判别方法及系统，以解决现有技术中对于岩爆的预测不准确及防治效果不理想的问题。
71.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
72.图1为本发明提供的一种静态破坏与动态破坏的判别方法的流程图，如图1所示，一种静态破坏与动态破坏的判别方法包括：
73.步骤101：建立pfc
3d
离散元模型。在实际应用中，pfc
3d
离散元模型为长方体，为了让模拟结果更符合实际，pfc
3d
离散元模型的尺寸与室内试验试样尺寸相同，为50mm
×
50mm
×
100mm，室内试验花岗岩试样如图2(a)所示，通过生成墙来确定边界条件，在边界内随机生成直径为2.5～3.75mm的颗粒。颗粒总数9761个，pfc
3d
离散元模型如图2(b)所示。
74.步骤102：利用试错法对所述pfc
3d
离散元模型的细观参数进行调整，得到调整后的pfc
3d
离散元模型。所述细观参数包括颗粒-颗粒接触模量、颗粒刚度比、平行粘结弹性模量、平行粘结刚度比、颗粒摩擦系数、平行粘结半径乘子、平行粘结法向强度均值、平行粘结法向强度标准差、平行粘结切向强度均值和平行粘结切向强度标准差。在实际应用中，调整后的pfc
3d
离散元模型能够准确描述岩体物理力学性质。
75.在一个具体实施方式中，所述步骤102，具体包括：
76.根据所述pfc
3d
离散元模型的宏观参数，选定所述pfc
3d
离散元模型的细观参数；所述宏观参数包括峰值强度、弹性模量和泊松比。
77.利用试错法对所述细观参数进行调整。
78.当所述pfc
3d
离散元模型模拟花岗岩真三轴加荷破坏的应力-应变曲线、峰值强度值、峰值应变值以及破坏形式与所述室内试验结果一致时，得到调整后的pfc
3d
离散元模型。
79.在实际应用中，由于pfc
3d
离散元模型的宏观参数主要受颗粒和颗粒之间的接触的细观参数影响，选用能够传递力和力矩的平行粘结，更好反应岩石的力学特性。先依据宏观参数(峰值强度、弹性模量和泊松比等)，初步选定细观参数(颗粒-颗粒接触模量、颗粒刚度比、平行粘结弹性模量、平行粘结刚度比、颗粒摩擦系数、平行粘结半径乘子、平行粘结法向强度均值、平行粘结法向强度标准差、平行粘结切向强度均值和平行粘结切向强度标准差等)，再通过试错法调整各个细观参数，使pfc
3d
离散元模型模拟花岗岩真三轴加荷的应力-应变曲线、峰值强度值、峰值应变值、破坏方式与室内试验结果相吻合，如图3所示(numercial simulation test为pfc
3d
数值模拟，laboratory test为室内试验，纵坐标σ1为
第一主应力，横坐标ε1为轴向应力)，则说明该细观参数能够较好的反映出花岗岩在真三轴应力状态下的力学特性和破坏特征。最终选定的pfc
3d
离散元模型细观参数如表1所示。
80.表1最终选定的pfc
3d
离散元模型细观参数表
[0081][0082][0083]
步骤103：根据室内试验结果确定多组应力组合。所述室内试验结果为室内花岗岩真三轴加荷和卸荷破坏试验的试验结果。所述应力组合包括最小主应力和中间主应力。
[0084]
在实际应用中，依据室内试验结果，通过补充更多的模拟方案并进行模拟，寻找更多真三轴突然卸荷破坏过程静-动态破坏的应力组合，根据应力组合确定临界应力组合，当应力组合大于临界应力组合时，真三轴突然卸荷破坏过程发生动态破坏；当应力组合小于临界应力组合时，真三轴突然卸荷破坏过程发生静态破坏。
[0085]
花岗岩真三轴卸荷破坏试验结果进行了3种卸围压速率，为研究卸荷速率对岩石破坏机制的影响，通过数值模拟对室内试验进行补充，对室内试验进行补充的试验方案如表2所示。
[0086]
表2对室内试验进行补充的试验方案表
[0087][0088]
[0089]
依据试验结果，为寻找真三轴突然卸荷破坏过程静-动态破坏的临界应力组合，需补充更多的模拟方案。表3为颗粒流模拟试验增做的模拟方案，共66种应力组合，如表3所示。
[0090]
表3颗粒流模拟试验增做的模拟方案表
[0091][0092]
步骤104：根据多组所述应力组合对所述调整后的pfc
3d
离散元模型进行真三轴加荷破坏模拟以及真三轴突然卸荷破坏模拟，得到模拟结果。所述模拟结果为任一所述应力组合下的破坏形式、能量变化、颗粒的位移以及颗粒的速度。
[0093]
真三轴加荷破坏模拟：利用伺服控制移动四周“墙”，同步增加两个方向的压应力σ2、σ3到设定围压(σ2＝40mpa、σ3＝30mpa)；保持σ2、σ3不变，以目标速度加载轴向应力σ1至岩样破坏，得到岩样的峰值强度σ
p
。其中，σ1表示轴向应力；σ2表示中间主应力；σ3表示最小主应力；在这里，目标速度设置为0.001mpa/step，在其他实施例中，目标速度也可以是其他值，需要根据实际模拟的工况确定。
[0094]
真三轴突然卸荷模拟：如图4所示，同步增加两个方向压应力σ2、σ3到设定值后保持不变，利用伺服控制移动上、下“墙”，增加轴向应力σ1至目标值σu(峰值强度的80％)后保持不变；保持σ1、σ2不变，将σ3方向的一面“墙”删除，实现一次突然卸荷过程的模拟。
[0095]
步骤105：根据所述模拟结果确定临界应力组合范围。
[0096]
在一个具体实施方式中，所述步骤105，具体包括：
[0097]
根据所述模拟结果确定所述真三轴突然卸荷破坏模拟过程中的颗粒位移和颗粒速度的演化过程。
[0098]
根据所述演化过程确定突然卸荷破坏的破坏形式以及卸荷破坏过程中瞬时动能的变化规律。
[0099]
根据所述破坏形式以及所述瞬时动能的变化规律确定所述模拟结果为静态破坏
或者动态破坏。
[0100]
根据发生静态破坏的应力组合以及发生动态破坏的应力组合确定临界应力组合。
[0101]
根据所述临界应力组合确定临界应力组合范围。
[0102]
在一个具体实施方式中，所述根据所述临界应力组合确定临界应力组合范围，具体包括：
[0103]
所述最小主应力值不变，以1mpa为增量增大所述中间主应力，确定初始临界应力组合范围。
[0104]
根据所述初始临界应力组合范围，以0.1mpa为增量增大所述中间主应力，确定所述临界应力组合范围。
[0105]
在实际应用中，模拟过程中随着轴向应力的不断增大，颗粒的位移和速度也不断发生变化，通过记录不同轴向应力下的颗粒速度云图和颗粒位移云图得到真三轴突然卸荷模拟的颗粒位移和速度演化过程，轴向应力下降到峰后60％σu应力水平时，颗粒位移形成的倾斜的“交错面”对应的是宏观剪切破坏面的位置，通过分析卸荷临空面颗粒弹出数量、裂纹贯通情况对花岗岩真三轴突然卸荷破坏形式进行分类。将破坏形式分为三类：
①
卸荷临空面附近有少量颗粒弹出，无明显贯通裂纹出现，如图5(a)所示；
②
卸荷临空面端部有部分颗粒弹出，内部裂纹贯通形成一个主破裂面，如图5(b)所示；
③
卸荷临空面端部、中间部位均有大量颗粒弹出，岩样表面形成明显的“v”型，内部裂纹贯通形成1个主破裂面和次生破裂面，如图5(c)所示。
[0106]
模拟过程中记录能量值、应力以及应变值，最终得到瞬时动能-轴向应变曲线，如图6所示(纵坐标transient kinetic energy为瞬时动能，横坐标ε1为轴向应力)，根据瞬时动能-轴向应变曲线在卸荷破坏过程中瞬时动能的变化规律分为两类：一是卸荷破坏过程中瞬时动能突增，然后迅速减小并稳定在较低量值，之后瞬时动能仅有少量零星突跳，认为发生静态破坏，如图6(a)所示；二是卸荷破坏过程中瞬时动能突增，然后迅速减小，一小段“平静期”后，瞬时动能逐渐增大，形成一个瞬时动能高量值的密集区，认为发生动态破坏，如图6(b)、图6(c)所示。通过判断瞬时动能的变化是否存在小段“平静期”(即瞬时动能在一段时间内基本为零)，以及是否发生第二次大幅度增长，形成一个瞬时动能高量值的密集区，对真三轴突然卸荷过程中的静态破坏与动态破坏进行区分，如图7所示(dynamic failure为动破坏，static failure为静破坏)，图7中实线为应力组合σ3＝10mpa、σ2＝20mpa的瞬时动能-轴向应变曲线，虚线为应力组合σ3＝30mpa、σ2＝240mpa的瞬时动能-轴向应变曲线。由此可知，发生静态破坏的瞬时动能特征为：突跳-低值波动，该类型破坏特征与图5(a)
①
型破坏形式对应；发生动态破坏的瞬时动能特征为：突跳-平静期-缓慢增大，该类型破坏特征与图5(b)、图5(c)、
②
、
③
型破形式坏对应。
[0107]
根据破坏形式以及在卸荷破坏过程中瞬时动能的变化规律，对花岗岩真三轴突然卸荷破坏颗粒流模拟结果进行静态破坏和动态破坏区分，由此找到真三轴突然卸荷静-动态破坏的临界应力，临界值含义为：最小主应力相同，当中间主应力≥临界值时发生动态破坏，当中间主应力《临界值发生静态破坏。
[0108]
在实际应用中，花岗岩真三轴突然卸荷破坏模拟结果如表4所示，当σ3≥20mpa时，花岗岩试样均发生动态破坏；当σ3＝10mpa时，花岗岩试样均发生静态破坏。由此推测，真三轴突然卸荷静-动态破坏的临界应力在10mpa《σ3《20mpa组合中。设定σ2＝σ3，从σ2＝σ3＝
20mpa开始逐步减小，发现当σ2＝σ3≥17.3mpa时，花岗岩试样均发生动态破坏。
[0109]
表4花岗岩真三轴突然卸荷破坏模拟结果表
[0110][0111]
为确定静-动态破坏的临界应力组合，在上述的基础上取最小主应力σ3《17.3mpa的应力组合进行模拟，过程为：
[0112]
(1)固定最小主应力σ3不变(分别为17、16、15、14、13mpa)，中间主应力σ2与最小主应力σ3相等，然后以1mpa为增量增大中间主应力，初步确定临界应力组合范围。
[0113]
(2)细化上一步结果，中间主应力以0.1mpa间隔取值，确定中间主应力σ2的临界值。
[0114]
花岗岩真三轴突然卸荷破坏细化方案模拟结果统计表如表5所示，表中加粗数字为发生动态破坏时中间主应力σ2的临界值。
[0115]
表5花岗岩真三轴突然卸荷细化方案模拟结果统计表
[0116]
[0117][0118]
根据表5确定5组发生动态破坏的临界应力组合：
[0119]
(1)σ3＝17mpa，σ2＝17.9mpa；
[0120]
(2)σ3＝16mpa，σ2＝19.8mpa；
[0121]
(3)σ3＝15mpa，σ2＝24.0mpa；
[0122]
(4)σ3＝14mpa，σ2＝27.4mpa；
[0123]
(5)σ3＝13mpa，σ2＝30.2mpa。
[0124]
对上述5组临界应力组合进行拟合，如图8所示(fitted curve为拟合曲线，correlation coefficient为相关系数)，确定花岗岩真三轴突然卸荷发生动态破坏需满足的临界应力方程为：
[0125]
σ
1-σ2＝109.41 6.84σ
3-0.146σ
32
[0126]
为验证判据的正确性，将真三轴卸荷破坏试验三个主应力值代入上式进行校验，预测结果与实际结果基本吻合。
[0127]
步骤106：根据所述临界应力组合范围确定临界应力方程。
[0128]
在一个具体实施方式中，所述步骤106，具体包括：
[0129]
对所述临界应力组合范围进行拟合，确定临界应力方程。所述临界应力方程为σ
1-σ2＝109.41 6.84σ
3-0.146σ
32
。
[0130]
步骤107：根据所述临界应力方程确定花岗岩真三轴突然卸荷破坏过程的临界应力。
[0131]
步骤108：根据所述临界应力确定花岗岩真三轴突然卸荷破坏过程发生静态破坏或者动态破坏。
[0132]
本发明的目的是研究岩爆发生条件和破坏机制，区分静态破坏和动态破坏，判断岩爆发生时的静-动转换机制和转换条件。
[0133]
本发明的有益效果：(1)本发明是在花岗岩真三轴加荷以及卸荷破坏试验结果基础上，开展颗粒流程序pfc
3d
数值仿真，克服室内真三轴试验设备昂贵且试验能开展的应力路径有限等问题。
[0134]
(2)与试验相比，岩爆颗粒流模拟侧重再现颗粒弹射过程，更好的模拟非均质岩体裂纹的萌生、扩展过程和颗粒弹射的动力现象，探索花岗岩真三轴卸荷破坏的静-动转换机制和转换条件。
[0135]
图9为本发明提供的一种静态破坏与动态破坏的判别系统的结构图，如图9所示，一种静态破坏与动态破坏的判别系统包括：
[0136]
模型建立模块901，用于建立pfc
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离散元模型。
[0137]
参数调整模块902，用于利用试错法对所述pfc
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离散元模型的细观参数进行调整，得到调整后的pfc
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离散元模型。所述细观参数包括颗粒-颗粒接触模量、颗粒刚度比、平行粘结弹性模量、平行粘结刚度比、颗粒摩擦系数、平行粘结半径乘子、平行粘结法向强度均值、平行粘结法向强度标准差、平行粘结切向强度均值和平行粘结切向强度标准差。
[0138]
在一个具体实施方式中，所述参数调整模块902，具体包括：
[0139]
参数确定单元，用于根据所述pfc
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离散元模型的宏观参数，选定所述pfc
3d
离散元模型的细观参数。所述宏观参数包括峰值强度、弹性模量和泊松比。
[0140]
调整单元，用于利用试错法对所述细观参数进行调整。
[0141]
模型确定单元，用于当所述pfc
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离散元模型模拟花岗岩真三轴加荷破坏的应力-应变曲线、峰值强度值、峰值应变值以及破坏形式与所述室内试验结果相对应时，得到调整
后的pfc
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离散元模型。
[0142]
应力组合确定模块903，用于根据室内试验结果确定多组应力组合。所述室内试验结果为室内花岗岩真三轴加荷和卸荷破坏试验的试验结果。所述应力组合包括最小主应力和中间主应力。
[0143]
模拟模块904，用于根据多组所述应力组合对所述调整后的pfc
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离散元模型进行真三轴加荷破坏模拟以及真三轴突然卸荷破坏模拟，得到模拟结果。所述模拟结果为任一所述应力组合下的破坏方式、能量变化、颗粒的位移以及颗粒的速度。
[0144]
临界应力组合范围确定模块905，用于根据所述模拟结果确定临界应力组合范围。
[0145]
在一个具体实施方式中，所述临界应力组合范围确定模块905，具体包括：
[0146]
演化过程确定单元，用于根据所述模拟结果确定所述真三轴突然卸荷破坏模拟过程中的颗粒位移和颗粒速度的演化过程。
[0147]
根据所述演化过程确定真三轴突然卸荷破坏的破坏形式以及卸荷破坏过程中瞬时动能的变化规律。
[0148]
判别单元，用于根据所述破坏形式以及所述瞬时动能的变化规律确定所述模拟结果为静态破坏或者动态破坏。
[0149]
临界应力组合确定单元，用于根据发生静态破坏的应力组合以及发生动态破坏的应力组合确定临界应力组合。
[0150]
临界应力组合范围确定单元，用于根据所述临界应力组合确定临界应力组合范围。
[0151]
在一个具体实施方式中，所述临界应力组合范围确定单元，具体包括：
[0152]
初始范围确定子单元，用于所述最小主应力不变，以1mpa为增量增大所述中间主应力，确定初始临界应力组合范围。
[0153]
细化子单元，用于根据所述初始临界应力组合范围，以0.1mpa为增量增大所述中间主应力，确定所述临界应力组合范围。
[0154]
临界应力方程确定模块906，用于根据所述临界应力组合范围确定临界应力方程。
[0155]
在一个具体实施方式中，所述临界应力方程确定模块906，具体包括：
[0156]
临界应力方程确定单元，用于对所述临界应力组合范围进行拟合，确定临界应力方程。所述临界应力方程为σ
1-σ2＝109.41 6.84σ
3-0.146σ
32
。
[0157]
临界应力确定模块907，用于根据所述临界应力方程确定花岗岩真三轴突然卸荷破坏过程的临界应力。
[0158]
判别模块908，用于根据所述临界应力判别花岗岩真三轴突然卸荷破坏过程发生静态破坏或者动态破坏。
[0159]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0160]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不
应理解为对本发明的限制。