Análisis numérico de procesos de fractura en rocas heterogéneas mediante el uso combinado de la metodología phase field y grietas de interfase

Abstract

El análisis de los fenómenos de fractura en rocas tiene implicaciones relevantes en diferentes aplicaciones en Ingeniería Civil y Geológica. El comportamiento complejo de tales materiales generalmente abarca la evolución de diferentes escenarios que implican ramificación de grietas, coalescencia, entre muchos otros. En este trabajo, la aplicación del enfoque variacional de fractura phase field se ha aplicado con éxito para la simulación de procesos de grietas en rocas, incluyendo la presencia de posibles defectos. Además, esta técnica se combina eficientemente con los métodos cohesivos de grietas de interfase con el fin de simular procesos de fractura en rocas. en primer lugar, la metodología actual se ha validado con los resultados del denominado Brazilian test en rocas homogéneas, con excelente precisión, y se examinan sus capacidades predictivas en situaciones incluyendo defectos únicos y múltiples. En segundo lugar, el estudio numérico comprende el análisis de rocas heterogéneas con la presencia de una interfases que separa diferentes litologías. Los resultados actuales exhiben excelentes capacidades potenciales de la presente técnica para simular fenómenos de grietas complejas en geo-materiales, lo que permite reproducir patrones de grietas tortuosas con mínima intervención del usuario.

The analysis of fracture phenomena in rocks constitutes As a result, the fracture patterns will be developed by various cracking phenomena such as: branching, coalescence, shielding and amplification, among many others. In this article, we present a modelling technique to trigger such phenomena within the phase field approach for fracture. In particular, the prediction of failure patterns in heterogenous rock masses with brittle response, which is accomplished through a methodology by combining the phase field approach for intact rock failure and the cohesive interface modeling approach at the interface. Results from the present methodology is first validated against Brazilian test results, followed by alternative phase field methods, by considering single and multiple flaws. Subsequently, the numerical study is extended to the analysis of heterogeneous rock masses to consider the interfaces or discontinuities that separate different potential lithologies, leading to tortuous crack paths, which are observed in many practical situations.