Investigating the Influence of Micro-scale Heterogeneity and Microstructure on the Failure and Mechanical Behaviour of Geomaterials
Notice bibliographique
Résumé
The mechanical response of geomaterials is highly influenced by geometrical and material heterogeneity. To date, most modelling practices consider heterogeneity qualitatively and the choice of input parameters can be subjective. In this study, a novel approach to combine detailed micro-scale characterization with modelling of heterogeneous geomaterials is presented. The influence of micro-scale heterogeneity and microcracks on the mechanical response and brittle fracture of a crystalline rock was studied using numerical and experimental tools. An existing Combined Finite-Discrete element (FEM/DEM) code was extended to suit heterogeneous, discontinuous, brittle rocks.\n\nBy conducting grid micro-indentation and micro-scratch tests, the Young's modulus and fracture toughness of the constituent phases of the rock were obtained and used as accurate input parameters for the numerical models. The models incorporated the exact phase mapping obtained from a MicroCT-scanned specimen and the existing microcrack density obtained from thin section analysis. The results illustrated that by incorporating accurate micromechanical input parameters and the intrinsic rock geometric features, the numerical simulations could more accurately predict the mechanical response of the specimen, including the fracture patterns and tensile strength.\n\nThe numerical simulations illustrated that microstructural flaws such as microcracks should be included in the models to more accurately reproduce the rock strength. In addition, the differential elastic deformations caused by rock heterogeneity altered the stress distribution in the specimen, creating zones of local tensile stresses, in particular, on the boundaries between different mineral phases. As a result, heterogeneous models exhibited rougher fracture surfaces. \n\nMicroCT observations emphasized the influence of heterogeneity and, in particular, biotite grains on the fracture trajectories in the specimens. Favourably oriented biotite flakes and cleavage splitting significantly deviated the cracks. The interaction of the main crack with perpendicular cleavage planes of biotite caused strong crack deviation and termination.\n\nConsidering heterogeneity and the strength degradation caused by microcracks, the simulations captured reasonably accurate mechanical responses and failure mechanisms for the rock, namely, the nonlinear stress-strain relationships. The insights presented in this study improve the understanding of the role of heterogeneity and microstructure on damage and mechanical behaviour of brittle rock.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».