基于CT扫描及3D打印技术裂隙岩体试样力学特性研究
发布时间：2021-04-25 00:30
岩体是一种内部结构复杂、包含多种结构面的重要工程介质,其强度及力学特性受到内部存在的多种结构面的共同影响。大量研究表明,岩体的失稳破坏是在外力的作用下萌生的裂纹与原始结构面相互作用,使裂纹进一步扩展贯通导致的。而以往对岩体力学特性及贯通机制的研究中,未能还原岩石的内部复杂结构,且无法大量快速制作内部结构完全一致的试样,从而导致了一定的试验误差。本文结合CT扫描、三维图像处理技术建立了与砂岩试样内部结构相一致的三维数字模型,进而选择合适的打印材料,借助新兴的3D打印技术制备出相应三维实体模型,探究了含裂隙试样在单轴压缩条件下的力学特性及裂纹扩展特征。同时运用有限元分析软件ABAQUS对模型开展单轴压缩条件下的数值模拟计算,将所得结果与室内试验结果进行比对和验证。本文的主要工作和研究成果如下:（1）介绍了3D打印技术的打印流程、打印材料及成型工艺,同时分析了3D打印技术较传统制作方法的优势及局限性,并介绍了此项技术在岩土工程及岩石力学室内试验中的应用现状。（2）借助CT扫描和三维重构技术得到的数字模型还原了砂岩试样内部的薄弱区域等真实结构信息,进而借助3D打印技术的不同打印工艺制备了与天然...
【文章来源】：长安大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 岩石强度理论
1.2.2 岩石力学室内试验研究
1.2.3 岩石力学数值模拟方法
1.3 研究内容及技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 技术路线
第二章 3D打印技术及其在岩土工程中的应用
2.1 3D打印技术概述
2.2 3D打印成型工艺
2.2.1 立体光固化成型（SLA）工艺
2.2.2 熔融沉积成型（FDM）工艺
2.2.3 分层实体成型（LOM）工艺
2.2.4 电子束熔炼（EBM）工艺
2.2.5 选择性激光烧结（SLS）工艺
2.2.6 三维印刷（3DP）工艺
2.3 3D打印材料
2.4 3D打印技术的特点
2.4.1 3D打印技术的优势
2.4.2 3D打印技术的局限性
2.5 3D打印技术的发展前景
2.6 3D打印技术在岩土工程中的应用现状
2.6.1 3D打印技术在岩土工程相关领域的应用现状
2.6.2 3D打印技术在岩石力学室内试验中的研究现状
2.7 本章小结
第三章 3D打印试样的制备及打印材料选定
3.1 3D打印试样的制备方法
3.1.1 天然砂岩试样的CT识别
3.1.2 天然砂岩试样数字模型的三维重构
3.1.3 3D打印试样的制备
3.1.3.1 打印材料和打印工艺的选取
3.1.3.2 试样打印流程
3.2 力学性能试验
3.2.1 单轴压缩试验
3.2.1.1 试验方法及步骤
3.2.1.2 单轴压缩条件下试样的破裂特征
3.2.1.3 单轴压缩条件下试样抗压强度特征
3.2.2 巴西劈裂试验
3.2.2.1 试验方法及步骤
3.2.2.2 巴西劈裂试验下试样的破裂特征
3.2.2.3 巴西劈裂试验下试样抗拉强度特征
3.2.3 试验结果及分析
3.3 打印材料及试样的微观构成
3.3.1 砂粉末材料的微观结构
3.3.2 试样的表面结构微观构成
3.4 本章小结
第四章 裂隙几何特征对岩石试样力学特性影响的试验研究
4.1 试验方案
4.1.1 裂隙制作方法及试样制备
4.1.2 单轴压缩试验
4.2 试验结果及分析
4.2.1 基于滑动裂纹模型的单裂隙岩石试样破坏机制分析
4.2.2 含预制单裂隙岩石试样的强度特征
4.2.3 预制裂隙倾角α对岩石试样破裂形式的影响
4.2.4 预制裂隙倾角α对含裂隙岩石试样强度的影响
4.3 平行双裂隙岩石试样力学特性分析
4.4 本章小结
第五章 单裂隙岩石试样破坏过程数值模拟
5.1 计算模型
5.1.1 有限元分析前处理
5.1.2 本构模型及模型材料参数
5.1.3 边界条件及加载过程
5.2 计算结果与分析
5.2.1 含不同倾角单裂隙模型的强度特征
5.2.2 含不同倾角单裂隙模型的应力云图
5.3 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
硕士研究生期间发表论文专利及参与科研项目
致谢
本文编号：3158350
【文章来源】：长安大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 岩石强度理论
1.2.2 岩石力学室内试验研究
1.2.3 岩石力学数值模拟方法
1.3 研究内容及技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 技术路线
第二章 3D打印技术及其在岩土工程中的应用
2.1 3D打印技术概述
2.2 3D打印成型工艺
2.2.1 立体光固化成型（SLA）工艺
2.2.2 熔融沉积成型（FDM）工艺
2.2.3 分层实体成型（LOM）工艺
2.2.4 电子束熔炼（EBM）工艺
2.2.5 选择性激光烧结（SLS）工艺
2.2.6 三维印刷（3DP）工艺
2.3 3D打印材料
2.4 3D打印技术的特点
2.4.1 3D打印技术的优势
2.4.2 3D打印技术的局限性
2.5 3D打印技术的发展前景
2.6 3D打印技术在岩土工程中的应用现状
2.6.1 3D打印技术在岩土工程相关领域的应用现状
2.6.2 3D打印技术在岩石力学室内试验中的研究现状
2.7 本章小结
第三章 3D打印试样的制备及打印材料选定
3.1 3D打印试样的制备方法
3.1.1 天然砂岩试样的CT识别
3.1.2 天然砂岩试样数字模型的三维重构
3.1.3 3D打印试样的制备
3.1.3.1 打印材料和打印工艺的选取
3.1.3.2 试样打印流程
3.2 力学性能试验
3.2.1 单轴压缩试验
3.2.1.1 试验方法及步骤
3.2.1.2 单轴压缩条件下试样的破裂特征
3.2.1.3 单轴压缩条件下试样抗压强度特征
3.2.2 巴西劈裂试验
3.2.2.1 试验方法及步骤
3.2.2.2 巴西劈裂试验下试样的破裂特征
3.2.2.3 巴西劈裂试验下试样抗拉强度特征
3.2.3 试验结果及分析
3.3 打印材料及试样的微观构成
3.3.1 砂粉末材料的微观结构
3.3.2 试样的表面结构微观构成
3.4 本章小结
第四章 裂隙几何特征对岩石试样力学特性影响的试验研究
4.1 试验方案
4.1.1 裂隙制作方法及试样制备
4.1.2 单轴压缩试验
4.2 试验结果及分析
4.2.1 基于滑动裂纹模型的单裂隙岩石试样破坏机制分析
4.2.2 含预制单裂隙岩石试样的强度特征
4.2.3 预制裂隙倾角α对岩石试样破裂形式的影响
4.2.4 预制裂隙倾角α对含裂隙岩石试样强度的影响
4.3 平行双裂隙岩石试样力学特性分析
4.4 本章小结
第五章 单裂隙岩石试样破坏过程数值模拟
5.1 计算模型
5.1.1 有限元分析前处理
5.1.2 本构模型及模型材料参数
5.1.3 边界条件及加载过程
5.2 计算结果与分析
5.2.1 含不同倾角单裂隙模型的强度特征
5.2.2 含不同倾角单裂隙模型的应力云图
5.3 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
硕士研究生期间发表论文专利及参与科研项目
致谢
本文编号：3158350
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/chengjian/3158350.html
