静、动荷载下含缺陷岩样力学特性的数值试验

发布时间：2017-07-08 14:04

  本文关键词：静、动荷载下含缺陷岩样力学特性的数值试验

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【摘要】：由于漫长的地质作用和各种工程扰动,大自然中的岩石包含诸多缺陷。在采矿、水电、交通、石油、核废料处置等工程中,含缺陷岩石将会是广泛遇到的重要工程对象。不管是在静荷载作用下,还是在动荷载作用下,含缺陷岩石的变形与强度特征都要比完整岩石复杂的多。所以,对含缺陷岩石力学性质的研究,将会对地下洞室、路基、边坡等工程的设计及施工具有重要意义。本文选用真实破坏过程分析(RFPA)系统,考虑岩石材料的非均匀性和缺陷分布的随机性,分别模拟了在静荷载或动荷载作用下,含缺陷岩样的损伤破裂过程。在此基础上,研究非均匀材料的裂纹扩展模式及多裂纹扩展过程中的相互作用机理,探讨缺陷对岩石应力应变曲线、峰值强度、声发射特征和破坏方式的影响。具体内容可分为以下两个方面：(1)研究含缺陷岩石在静荷载作用下的裂纹萌生、扩展、搭接、贯通模式和破坏方式。首先分析含单裂纹岩样和含孔洞裂纹岩样在静荷载下,预制裂纹倾角对岩样裂纹扩展模式和破坏方式的影响。再者探讨含双裂纹岩样在静荷载下,预制裂纹几何分布以及围压对岩样裂纹扩展模式、岩桥贯通模式和破坏方式的影响。(2)研究含缺陷岩石在动荷载作用下的裂纹萌生、扩展、搭接、贯通模式和破坏方式。首先研究了含双裂纹岩样在单向和双向动荷载下,预制裂纹几何分布对裂纹扩展模式的影响,同时考虑了在裂纹几何分布一定时,双向动荷载的荷载比对裂纹扩展模式的影响。再者探讨了爆炸荷载作用下岩样的动态裂纹扩展,分析爆炸荷载加载速率、炮孔到自由边界距离以及两炮孔中间空孔大小对动态裂纹扩展模式的影响。通过上述研究发现：缺陷几何分布形式、材料的非均匀性等岩样的内在因素和荷载类型、双轴荷载比等外在因素,对岩样的裂纹扩展模式和破坏方式具有显著的影响。希望本文的研究成果对岩石断裂力学中关于裂纹扩展的研究具有学术探讨价值以及对岩土工程的设计、施工具有工程应用价值。
【关键词】：非均匀性 静、动荷载 裂纹扩展 数值试验
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU452
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 引言9-10
• 1.2 含缺陷岩体力学特性的研究现状10-13
• 1.2.1 含缺陷岩体在静荷载作用下力学特性研究现状10-12
• 1.2.2 含缺陷岩体在动荷载作用下力学特性研究现状12-13
• 1.3 本文的主要研究内容13-14
• 2 断裂力学及数值试验方法简介14-24
• 2.1 断裂力学基础14-16
• 2.1.1 线弹性断裂力学14-15
• 2.1.2 弹塑性断裂力学15-16
• 2.2 应力波基础16-20
• 2.2.1 连续体中的弹性波传播16-19
• 2.2.2 应力波的反射与叠加19-20
• 2.3 断裂动力学基础20-21
• 2.4 RFPA数值方法简介21-24
• 3 含缺陷岩样在静荷载作用下的数值试验24-39
• 3.1 含单裂纹岩样在静荷载作用下的数值试验24-30
• 3.1.1 模型简介24-25
• 3.1.2 含单裂纹岩样的裂纹扩展模式与破坏方式25-27
• 3.1.3 岩样的应力应变曲线及声发射曲线27-28
• 3.1.4 含孔洞裂纹岩样的裂纹扩展模式与破坏方式28-30
• 3.1.5 岩样的轴向应力曲线及声发射曲线30
• 3.2 含双裂纹岩样在静荷载作用下的数值试验30-37
• 3.2.1 模型简介30-31
• 3.2.2 裂纹几何分布对裂纹扩展的影响31-35
• 3.2.3 峰值强度与裂纹几何分布的关系35-36
• 3.2.4 围压对裂纹扩展的影响36-37
• 3.3 小结37-39
• 4 含缺陷岩样在动荷载作用下的数值试验39-56
• 4.1 含双裂纹岩样在动荷载作用下的数值试验39-46
• 4.1.1 模型简介39-40
• 4.1.2 轴向荷载下裂纹倾角和岩桥倾角对裂纹扩展的影响40-43
• 4.1.3 特定几何分布下双向荷载对裂纹扩展的影响43-44
• 4.1.4 向荷载下裂纹倾角和岩桥倾角对裂纹扩展的影响44-46
• 4.2 爆炸荷载作用下岩样动态裂纹扩展研究46-55
• 4.2.1 模型简介46-48
• 4.2.2 爆炸荷载加载速率对裂纹扩展的影响48-50
• 4.2.3 炮孔到自由边界距离对裂纹扩展的影响50-51
• 4.2.4 爆炸应力波与空孔相互作用的理论依据51-52
• 4.2.5 空孔大小对裂纹扩展的影响52-53
• 4.2.6 空孔孔壁单元的主应力时程曲线53-55
• 4.3 小结55-56
• 结论56-58
• 参考文献58-62
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况62-63
• 致谢63-64

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本文编号：534839