基于有限元方法的岩石节理断裂扩展研究

发布时间：2021-06-19 21:51

　　岩石是一种本质上非均匀的材料,常常分布着大量的节理、裂纹和孔隙等缺陷,在外部荷载的作用下,这些缺陷造成了岩石内裂纹的孕育、萌生、扩展和贯通,使得岩石刚度下降,强度降低,严重的甚至引发工程灾害,如岩石工程中的岩爆、塌方,土木工程中坝基岩块出现的“深部裂缝"等。因此,含裂纹岩石的开裂、扩展、贯通和破坏的机理一直是国际上研究的热点,开展含预置裂纹岩石结构破坏行为研究具有重要的学术和工程意义。本文主要基于节理岩石抗压试验和三点弯曲试验,采用ABAQUS软件对含不同角度、不同分布预置裂纹的岩石试样进行不同加载方式条件下的破坏行为研究,主要内容包括：（1）总结了国内外对裂纹开裂、扩展、贯通和破坏机理研究的新进展；（2）通过试验对模拟的岩石试样的基本力学参数进行了测定,并由此确定了数值模拟时输入的基本材料力学参数；（3）三点弯曲试验中不同荷载峰值下岩石裂纹对岩石破坏的影响和裂纹扩展全过程；（4）通过三点弯曲试验研究不同跨距、不同裂纹长度及不同加载速度对应力强度因子KIC的影响；（5）研究了不同角度单裂纹试样的破坏行为,得到裂纹倾角对岩石破坏强度的影响、不同倾角裂纹的破坏模式以及裂纹的扩展机理；（6）... 

【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的选题意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 节理岩石开裂的理论研究
        1.2.2 节理岩石裂纹扩展的数值模拟研究
        1.2.3 节理岩石裂纹开裂的试验研究
    1.3 论文研究的主要内容
        1.3.1 研究目的
        1.3.2 研究方法及技术路线
        1.3.3 研究构想与思路
    1.4 本章小结
第2章 节理岩石数值计算理论模型
    2.1 节理岩石特性
        2.1.1 节理岩石的表面形态描述
        2.1.2 节理岩石的剪切破坏机理
    2.2 节理岩石的力学特性
    2.3 节理岩石的工程特性
    2.4 节理岩石屈服准则
    2.5 本章小结
第3章 节理岩石力学参数测定试验
    3.1 研究背景
    3.2 试验设计
        3.2.1 试件制备过程和量取
        3.2.2 试件类型
        3.2.3 试件制作标准
        3.2.4 试件筛选
        3.2.5 试验仪器
    3.3 节理岩石单轴压缩试验
        3.3.1 试验原理
        3.3.2 试验过程
        3.3.3 试验数据及破坏形态
        3.3.4 结果分析
    3.4 本章小结
第4章 节理岩石三点弯曲试验法测K_(IC)的影响因素
    4.1 引言
    4.2 试验原理及方法
    4.3 试验设计及过程
    4.4 试件破坏形态
    4.5 结果分析
        4.5.1 跨距s对应力强度因子的影响
        4.5.2 裂纹长度对应力强度因子的影响
        4.5.3 加载速度对应力强度因子的影响
    4.6 本章小结
第5章 不同角度预制裂纹的节理岩石三点弯曲数值模拟
    5.1 引言
    5.2 节理岩体三点弯曲试验数值模型
    5.3 数值结果与试验结果对比分析
    5.4 不同角度预制裂纹数值模型
    5.5 不同角度预制裂纹数值模拟计算结果分析
        5.5.1 裂纹角度对节理岩石材料破坏的影响
        5.5.2 加载峰值对节理岩石裂纹扩展的影响
    5.6 裂纹扩展规律
    5.7 本章小结
第6章 含偏置裂纹及多裂纹三点弯曲岩石破坏形式的数值模拟研究
    6.1 引言
    6.2 含偏置裂纹三点弯曲岩石破坏形式的数值模拟
        6.2.1 数值模型
        6.2.2 偏置裂纹扩展过程分析
        6.2.3 应力峰值对偏置裂纹临界位置的影响
    6.3 含多裂纹三点弯曲岩石破坏形式数值模拟
        6.3.1 数值模型
        6.3.2 不同数量裂纹的岩石扩展规律分析
    6.4 本章小结
第7章 结论
参考文献
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]岩石工程中的新型数值方法[J]. 唐远见.  山西建筑. 2010(23)
[2]含三维预置单裂纹缺陷岩石破坏试验研究[J]. 林鹏,周雅能,李子昌,杨强,周维垣.  岩石力学与工程学报. 2008(S2)
[3]当前岩石力学数值计算方法应用探讨[J]. 唐广慧,刘发祥,唐升贵,宋旭,伍锡举.  西部探矿工程. 2007(12)
[4]三维表面裂纹相互作用扩展贯通机制试验研究[J]. 黄明利,黄凯珠.  岩石力学与工程学报. 2007(09)
[5]动载荷作用下含偏置裂纹三点弯曲梁破坏过程的数值模拟[J]. 黄明利,朱万成,逄铭彰.  岩石力学与工程学报. 2007(S1)
[6]三维裂纹扩展仿真[J]. 贾超,张树壮.  系统仿真学报. 2006(12)
[7]岩石三维破裂过程的数值模拟研究[J]. 梁正召,唐春安,张永彬,马天辉,张亚芳.  岩石力学与工程学报. 2006(05)
[8]岩石损伤本构理论研究综述[J]. 刘洋,赵明阶.  山东交通学院学报. 2005(04)
[9]岩石力学离散单元计算方法中的若干问题探讨[J]. 陈文胜,王桂尧,刘辉,郑榕明.  岩石力学与工程学报. 2005(10)
[10]数值流形方法及其在岩石力学中的应用[J]. 李树忱,程玉民.  力学进展. 2004(04)

博士论文
[1]节理岩体卸荷各向异性力学特性试验研究及工程应用[D]. 孙旭曙.武汉大学 2013
[2]宏观结构的三参数三维断裂研究[D]. 赵军华.南京航空航天大学 2008
[3]脆性材料中三维裂隙断裂试验、理论与数值模拟研究[D]. 郭彦双.山东大学 2007
[4]三维裂隙扩展的CT试验及理论分析研究[D]. 李廷春.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2005
[5]三维条件下的岩石破裂过程分析及其数值试验方法研究[D]. 梁正召.东北大学 2005

硕士论文
[1]含三维预置裂纹岩石破坏行为研究[D]. 郑文炜.清华大学 2011
[2]岩石细观统计损伤数值模型及在地下工程中的应用[D]. 杨丽娟.河海大学 2007



本文编号：3238606