In this contribution, a novel framework for simulating mixed-mode failure in rock is presented. Based on a hybrid phase-field model for mixed-mode fracture, separate phase-field variables are introduced for tensile (mode I) and shear (mode II) fracture. The resulting three-field problem features separate length scale parameters for mode I and mode II cracks. In contrast to the classic two-field mixed-mode approaches it can thus account for different tensile and shear strength of rock. The two phase-field equations are implicitly coupled through the degradation of the material in the elastic equation, and the three fields are solved using a staggered iteration scheme. For its validation, the three-field model is calibrated for two types of rock, Solnhofen Limestone and Pfraundorfer Dolostone. To this end, double-edge notched Brazilian disk (DNBD) tests are performed to determine the mode II fracture toughness. The numerical results demonstrate that the proposed phase-field model is able to reproduce the different crack patterns observed in the DNBD tests. A final example of a uniaxial compression test on a rare drill core demonstrates, that the proposed model is able to capture complex, 3D mixed-mode crack patterns when calibrated with the correct mode I and mode II fracture toughness.
翻译:在此贡献中, 提出了一个模拟岩石混合模式失败的新框架 。 根据混合模式断裂混合模式的混合阶段- 场模型, 对抗拉度( 模式一) 和剪切( 模式二) 骨折引入了不同的阶段- 场变量 。 由此产生的三地问题使模式一和模式二裂缝的长度尺度参数不同。 与经典的两地混合模式方法不同, 它因此可以说明不同岩石的抗拉和剪裂强度。 两个阶段- 场方程式通过弹性方程式中材料的降解而隐含地结合, 三个领域则通过交错的迭代法方案解决。 对其验证, 三地模型为两种类型的岩石( Solnhofen Limestone 和模式Pfraundororder Dolostone) 校准。 与传统的双层巴西磁盘( DNBD) 测试相比, 它可以用来确定模式二的断裂强度。 数字结果表明, 拟议的阶段- 场模型能够复制 DNBD 测试中观察到的不同裂态模式, 3 模型的模型的精确度测试模式的最后模型模型模型模型模型模型模型 的模型模型模型模型的模型模型模型模型的模型的模型模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型, 的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型, 的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩