基于FLAC3D岩石裂纹扩展实验与数值模拟研究

发布时间：2018-09-18 14:10

【摘要】：岩体裂隙的发展过程与扩展机理及岩体的破坏一直为工程地质界、岩石力学界和相关工程界所重视。这些断续的结构面在工程中开挖或附加荷载的作用下会发生扩展贯通,这些变化往往会对岩体的强度和稳定性产生影响。岩土工程中很多事故都与岩体自身裂隙扩展有关。但由于岩石是一种不均质各向异性特殊材料,岩石裂隙扩展理论不够完善,并且试验时受观测手段的限制很难观测到内部岩石扩展的过程。真实岩石制作试件进行裂隙扩展试验,受试验观测限制获得裂隙扩展规律较为困难,因此,有必要借助数值模拟对该岩体裂隙扩展问题进行研究获取裂隙扩展规律。本文首先介绍了几种经典的断裂理论、裂隙受力与分类情况以及数值模拟软件FLAC3D。通过试验测量出岩石的抗压强度、抗拉强度,由经验公式求得岩石的内摩擦角、粘聚力等参数。通过现场采集的岩石制作三点弯岩石试件,进行含有预制裂隙岩石三点弯试验,得出加载力与位移曲线、裂纹开裂应变与加载力关系曲线。采用FLAC3D软件建立试验试件模型,采用FISH语言编制数值计算程序检查发生拉伸屈服单元,将屈服单元赋予NULL模型,来模拟试件预制裂纹处的扩展过程。得到三点弯试件破坏时裂隙扩展规律和应力分布规律,及试件内含有原始裂纹的三点弯试件裂纹的扩展过程。工程中由于岩体开挖卸荷作用导致岩体应力重分布,使得处于压剪状态的岩体内部原生裂隙失稳扩展。本文最后讨论了压-剪荷载作用下岩体裂隙扩展机理问题。并结合工程实例研究了空区硐室破裂区范围受摩擦角及粘聚力影响的分布规律及在不同厚跨比对空区稳定性的影响。
[Abstract]:The development process and spreading mechanism of rock mass fractures and the failure of rock mass have been attached great importance to by engineering geology, rock mechanics and related engineering circles. Under the action of excavation or additional load, these intermittent structural surfaces will be expanded through, and these changes will often affect the strength and stability of rock mass. Many accidents in geotechnical engineering are related to the crack expansion of rock mass itself. However, due to the fact that rock is a kind of heterogeneous anisotropic material, the theory of crack propagation in rock is not perfect enough, and it is difficult to observe the process of internal rock growth by the limit of observation means in the experiment. It is difficult to obtain the crack propagation law by the limit of the experimental observation. Therefore, it is necessary to study the crack expansion problem of the rock mass by numerical simulation to obtain the fracture propagation law. In this paper, several classical fracture theories, fracture force and classification and numerical simulation software FLAC3D. are introduced. The compressive strength and tensile strength of rock are measured by experiments, and the internal friction angle and cohesive force of rock are obtained by empirical formula. The three-point bending test of rock with precast cracks was carried out by making three-point bend rock samples from the rock samples collected on the spot. The curves of loading force and displacement and the relationship between crack strain and loading force were obtained. The test specimen model was established by FLAC3D software, and the tensile yield element was checked by FISH language. The yield element was assigned to the NULL model to simulate the propagation process of the precast crack in the specimen. The crack propagation law and stress distribution law during failure of three-point bending specimen and the crack propagation process of three-point bending specimen with original crack in the specimen are obtained. In engineering, the stress redistribution of rock mass caused by the unloading of rock mass excavation results in the instability and expansion of the original fracture in the rock mass in the state of compression and shear. Finally, the mechanism of crack propagation in rock mass under compressive and shear loads is discussed. In combination with engineering examples, the distribution law of cavern fracture zone affected by friction angle and cohesive force and the influence of different thickness / span ratio on the stability of hollow zone are studied.
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU45

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本文编号：2248160