RFPA2D软件的特点概述

2.1 RFPA软件概述

真实破裂过程分析（Realistic Failure Process Analysis）〔简称：RFPA〕，RFPA软件是基于RFPA方法（即真实破裂过程分析方法）研发的一个能够模拟材料渐进破坏的数值试验工具。其计算方法基于有限元理论和统计损伤理论，该方法考虑了材料性质的非均性、缺陷分布的随机性，并把这种材料性质的统计分布假设结合到数值计算方法（有限元法）中，对满足给定强度准则的单元进行破坏处理，从而使得非均匀性材料破坏过程的数值模拟得以实现。因RFPA软件独特的计算分析方法，使其能解决岩土工程中多数模拟软件无法解决的问题。

2.2　RFPA软件基本原理

1）基于弹性损伤理论，RFPA是一个以弹性力学为应力分析工具、以弹性损伤理论及其修正后的Coulomb破坏准则为介质变形和破坏分析模块的真实破裂过程分析系统。其基本思路是：

材料介质模型离散化成由细观基元组成的数值模型，材料介质在细观上是各向同性的弹-脆性或脆-塑性介质；

假定离散化后的细观基元的力学性质服从某种统计分布规律（如weibull分布），由此建立细观与宏观介质力学性能的联系；

按弹性力学中的基元线弹性应力、应变求解方法，分析模型的应力、应变状态。RFPA利用线弹性有限元方法作为应力求解器；

引入适当的基元破坏准则（相变准则）和损伤规律，基元的相变临界点用修正的Coulomb准则；

基元的力学性质随演化的发展是不可逆的；

基元相变前后均为线弹性体；

材料介质的裂纹扩展是一个准静态过程，忽略因快速扩展引起的惯性力的影响。

2）网格划分

RFPA选取等面积四节点的四边形单元剖分计算对象。为了使问题的解答足够精确，RFPA方法要求模型中的单元足够小（相对于宏观介质），以能足够精确的地反映介质的非均匀性。但它又必需足够大（包含一定数量的矿物和胶结物颗粒，以及微裂隙、孔洞等细小缺陷），因为作为子系统的单元实际上仍是一个自由度很大的系统，它具有远大于微观尺度的细观尺度。这以要求正是为了保证使剖分后的单元性质尽量接近基元性质。尽管这样会增加计算量，但是问题的处理变得简单，而且随着计算机技术的高速发展，计算机瓶颈的影响将会逐渐消除。

由于模型中的基元数量足够多，宏观的力学行为，本质上是介质大量基元力学行为的集体效应。但是每个基元的个体行为对宏观性能的影响却是有限的。正如夏蒙棼（1995）所指出的：“对单个个体的力学性能作详尽无遗的描述不仅不可能，而且也不必要，只需给出一个详略得当的描述即可”。RFPA系统正是基于这种原则对基元的力学行为进行描述的。