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Rock shear creep modelling: DEM – Rate process theory approach
International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences ( IF 7.2 ) Pub Date : 2022-12-12 , DOI: 10.1016/j.ijrmms.2022.105295
J.G. Gutiérrez-Ch , S. Senent , E.P. Graterol , P. Zeng , R. Jimenez

Understanding the rock creep behavior is necessary to determine the long-term strength and safety of several geotechnical designs. There are several formulations to study the rock creep; however, most of them do not properly capture the tertiary creep. To overcome such limitation, model improvements have been made and new creep models (e.g., creep models with an associated viscoplastic flow rule) have been proposed. As an alternative, the Rate Process Theory (RPT) has been recently used to study the soil/rock creep behavior. This article expands previous works by analyzing the applicability of the Discrete Element Method (DEM) with RPT implementation to simulate Rock Shear Creep (RSC). To do that, (i) 2D DEM direct shear creep tests under Constant Normal Load (CNL) conditions are used, (ii) DEM specimens are built by a combination of the Flat-Joint Contact Model (FJCM) and the Linear Model (LM), and (iii) the DEM + RPT approach is calibrated by using experimental tests from the literature. DEM results presented here illustrate the suitability of DEM–RPT methodology to reproduce all stages of RSC, including tertiary creep. The effect of the applied shear stress and normal stress on RCS is also analyzed. Finally, the most important novelties of this paper are: (1) the DEM–RPT methodology can be easily calibrated by using a laboratory direct shear creep test; (2) the calibrated DEM models are suitable to analyze the main aspects of RSC; and (3) DEM results qualitatively agree with the overall experimental trend published in the literature.



中文翻译:

岩石剪切蠕变建模:DEM – 速率过程理论方法

了解岩石蠕变行为对于确定多种岩土工程设计的长期强度和安全性是必要的。有几种公式可以用来研究岩石蠕变;但是,它们中的大多数都没有正确捕获第三级蠕变。为了克服这种限制,已经对模型进行了改进并提出了新的蠕变模型(例如,具有相关粘塑性流动规则的蠕变模型)。作为替代方案,速率过程理论 (RPT) 最近已被用于研究土壤/岩石蠕变行为。本文通过分析离散元法 (DEM) 与 RPT 实施模拟岩石剪切蠕变 (RSC) 的适用性,扩展了以前的工作。为此,(i) 使用在恒定法向载荷 (CNL) 条件下的 2D DEM 直接剪切蠕变试验,(ii) DEM 样本由平接接触模型 (FJCM) 和线性模型 (LM) 的组合构建,并且 (iii) DEM + RPT 方法通过使用文献中的实验测试进行校准。此处提供的 DEM 结果说明了 DEM–RPT 方法适用于重现 RSC 的所有阶段,包括三次蠕变。还分析了施加的剪应力和法向应力对 RCS 的影响。最后,本文最重要的创新点是:(1) DEM-RPT 方法可以通过实验室直接剪切蠕变试验轻松校准;(2) 标定后的DEM模型适用于分析RSC的主要方面;(3) DEM 结果与文献中发表的总体实验趋势定性一致。(iii) DEM + RPT 方法通过使用文献中的实验测试进行校准。此处提供的 DEM 结果说明了 DEM–RPT 方法适用于重现 RSC 的所有阶段,包括三次蠕变。还分析了施加的剪应力和法向应力对 RCS 的影响。最后,本文最重要的创新点是:(1) DEM-RPT 方法可以通过实验室直接剪切蠕变试验轻松校准;(2) 标定后的DEM模型适用于分析RSC的主要方面;(3) DEM 结果与文献中发表的总体实验趋势定性一致。(iii) DEM + RPT 方法通过使用文献中的实验测试进行校准。此处提供的 DEM 结果说明了 DEM–RPT 方法适用于重现 RSC 的所有阶段,包括三次蠕变。还分析了施加的剪应力和法向应力对 RCS 的影响。最后,本文最重要的创新点是:(1) DEM-RPT 方法可以通过实验室直接剪切蠕变试验轻松校准;(2) 标定后的DEM模型适用于分析RSC的主要方面;(3) DEM 结果与文献中发表的总体实验趋势定性一致。还分析了施加的剪应力和法向应力对 RCS 的影响。最后,本文最重要的创新点是:(1) DEM-RPT 方法可以通过实验室直接剪切蠕变试验轻松校准;(2) 标定后的DEM模型适用于分析RSC的主要方面;(3) DEM 结果与文献中发表的总体实验趋势定性一致。还分析了施加的剪应力和法向应力对 RCS 的影响。最后,本文最重要的创新点是:(1) DEM-RPT 方法可以通过实验室直接剪切蠕变试验轻松校准;(2) 标定后的DEM模型适用于分析RSC的主要方面;(3) DEM 结果与文献中发表的总体实验趋势定性一致。

更新日期:2022-12-12
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