透明脆性岩石相似材料内置三维裂纹扩展试验研究

发布时间：2017-08-14 04:26

  本文关键词：透明脆性岩石相似材料内置三维裂纹扩展试验研究

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【摘要】：岩石是一种含有大量裂隙、孔洞等缺陷的非匀质材料,这些缺陷在自然及人为因素作用下起裂、扩展、相互贯通对岩体的破坏模式和力学特性产生重要影响,使得岩体强度降低,刚度变小,严重的甚至会引发工程地质灾害,如岩爆、塌方、滑坡等。因此,研究含裂隙岩体的破坏机制问题一直是工程地质界关注的热点问题。在以往的研究中,大多将其简化为平面应力或平面应变问题,但本质上来说,无论是裂纹还是岩石本身都具有三维特性,简化的研究方法将导致很多重要的三维裂纹扩展信息丢失。所以,开展岩石类脆性材料中三维裂纹的扩展、贯通机制的试验研究对岩体工程的设计、施工等具有深远的意义。在真实岩石材料中预制具有一定几何分布规律的三维裂纹是十分困难的工作,国内外学者通常采用相似材料来模拟岩石类脆性材料中三维裂纹的扩展规律。相似材料首先要与岩石材料满足一定的相似准则,其次要便于试验时观察裂纹在试样内部的扩展演化过程。鉴于以上问题,本文采用环氧树脂和松香制作试样,椭圆形薄云母片作为预置裂隙,并在低温冷冻条件下进行单轴压缩试验,研究三维裂纹的扩展、贯通规律,具体工作及主要成果如下:(1)研制出了脆性度良好的透明脆性岩石相似材料,在低温下对材料进行单轴压缩试验,材料的破坏与真实岩石一致的典型脆性劈裂破坏。(2)根据试验目的详细介绍含裂纹试样的设计和制作工艺,对试验时涉及到的仪器设备进行分析介绍,以便进行试验操作和试验数据的采集分析。(3)研究含三维单裂纹试样在单轴压缩条件下裂纹扩展机制,分析裂纹倾角对裂纹起裂、扩展模式及强度变化规律的影响。与单轴压缩条件下二维单裂纹扩展相比,三维裂纹的扩展过程要复杂得多,一些次生裂纹,如花斑状裂纹等仅在三维裂纹的扩展中才能被观测到。(4)研究含两条三维平行裂纹试样在单轴压缩条件下裂纹扩展、贯通机制,分析裂纹倾角、岩桥角对裂纹起裂、扩展、贯通模式及强度变化规律的影响。(5)研究含三条三维平行裂纹试样在单轴压缩条件下裂纹扩展、贯通机制,分析不同裂隙倾角,岩桥角下预制裂纹的扩展、贯通模式及其强度变化规律,并分析对比其与相同布置条件下二维、三维裂纹扩展演化过程的异同。
【关键词】：三维裂纹 岩石 环氧树脂 贯通模式 力学特性
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 选题背景与研究意义9-12
• 1.1.1 理论背景10-12
• 1.1.2 研究意义12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.3 目前研究的不足17-18
• 1.4 本文主要研究内容及技术路线18-21
• 1.4.1 本文主要研究内容18-20
• 1.4.2 本文技术路线20-21
• 2. 裂纹扩展理论及试验总体设计21-53
• 2.1 岩体中裂隙的分类与基本理论介绍21-26
• 2.1.1 按裂隙的赋存状态分类21-22
• 2.1.2 按裂隙的力学成因分类22-24
• 2.1.3 利用应力强度因子提出的断裂判据24-25
• 2.1.4 J积分25-26
• 2.2 透明脆性岩石相似材料研制方法26-34
• 2.2.1 原材料选取28-31
• 2.2.2 试件制作过程31-33
• 2.2.3 相似材料配比研究33-34
• 2.2.4 制作过程及养护34
• 2.3 相似材料材料力学实验34-39
• 2.3.1 试验加载装置34-37
• 2.3.2 相似材料力学参数37-39
• 2.4 相似材料实用性分析39-42
• 2.4.1 相似材料与自然岩石的对比39-42
• 2.5 透明脆性相似材料在三维裂纹试验中的应用42-50
• 2.5.1 预置三维裂隙几何布置设计42-47
• 2.5.2 含裂隙试件的制作47-50
• 2.6 本章小结50-53
• 3 单条预置三维裂隙的裂纹扩展试验53-91
• 3.1 三维裂纹形态特征概述53-58
• 3.2 裂隙的几何布置设计58-59
• 3.3 裂纹扩展动态信息描述59-75
• 3.3.1 裂纹的起裂、扩展与贯通59-72
• 3.3.2 裂纹起裂模式分析72-74
• 3.3.3 试样破坏模式分析74-75
• 3.4 试样力学特性分析75-81
• 3.4.1 不同裂隙倾角对试样应力-应变曲线的影响75-76
• 3.4.2 不同裂隙倾角对样峰值应力应变的影响76-78
• 3.4.3 不同裂隙倾角对裂纹起裂的影响78-81
• 3.5 与二维贯穿裂纹试验的对比81-84
• 3.6 与PMMA有机玻璃材料三维裂纹试验的对比84-87
• 3.7 与内置三维裂隙CT扫描试验对比87-90
• 3.8 本章小结90-91
• 4 两条平行预置三维裂隙裂纹扩展试验91-127
• 4.1 裂隙的几何布置设计91-93
• 4.2 典型裂纹扩展动态信息描述93-119
• 4.2.1 裂纹的起裂、连接与贯通93-114
• 4.2.2 裂纹起裂模式分析114-117
• 4.2.3 裂纹连接模式和试样破坏模式117-119
• 4.3 试样力学特性分析119-125
• 4.3.1 不同裂隙倾角和岩桥角对试样应力应变曲线影响分析119-121
• 4.3.2 不同裂隙倾角和岩桥角对试样峰值应力影响分析121-122
• 4.3.3 不同裂隙倾角和岩桥角对试样起裂强度分析122-125
• 4.4 本章小结125-127
• 5 三条平行预置三维裂隙裂纹扩展试验127-159
• 5.1 裂隙的几何布置设计127-128
• 5.2 典型裂纹扩展动态信息描述128-151
• 5.2.1 裂纹的起裂、连接与贯通128-146
• 5.2.2 裂纹起裂模式分析146-149
• 5.2.3 裂纹连接模式和试样破坏模式149-151
• 5.3 试样力学特性分析151-156
• 5.3.1 不同裂隙倾角和岩桥角对试样应力应变曲线影响分析151-152
• 5.3.2 不同裂隙倾角和岩桥角对试样峰值应力影响分析152-154
• 5.3.3 不同裂隙倾角和岩桥角对试样起裂强度分析154-156
• 5.4 与二维贯穿裂纹试验的对比156-157
• 5.5 本章小结157-159
• 6 结论与展望159-163
• 6.1 本文主要结论159-160
• 6.2 后续研究工作展望160-163
• 致谢163-165
• 参考文献165-169

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 付金伟;朱维申;雒祥宇;李勇;周浩;张敦福;;含三维内置断裂面新型材料断裂体破裂过程研究[J];中南大学学报(自然科学版);2014年09期

2 付金伟;朱维申;谢富东;薛伟强;张敦福;李勇;;岩石中三维双裂隙组扩展和贯通过程的试验研究和弹脆性模拟[J];岩土力学;2013年09期

3 陈庚;徐涛;唐春安;Ranjith P G;;地应力对水压致裂裂纹扩展影响的数值模拟[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2013年01期

4 李世愚;和泰名;滕春凯;郑需要;V.Kuksenko;李世愚;;三维初始破裂的理论与实验研究及其在解释断层现象中的意义[J];世界地震译丛;2011年02期

5 林鹏;周雅能;李子昌;杨强;周维垣;;含三维预置单裂纹缺陷岩石破坏试验研究[J];岩石力学与工程学报;2008年S2期

6 雷兴林,佐藤隆司,西泽修;花岗岩变形破坏的阶段性模型——应力速度及预存微裂纹密度对断层形成过程的影响[J];地震地质;2004年03期

7 姜永东,鲜学福,许江,熊德国;砂岩单轴三轴压缩试验研究[J];中国矿业;2004年04期

8 周小平,张永兴,朱可善;单轴拉伸条件下岩石本构理论研究[J];岩土力学;2003年S2期

9 李银平,王元汉;压荷载下类岩石材料中的锯齿形裂纹分析[J];固体力学学报;2003年04期

10 李银平,王元汉,肖四喜;岩石类材料中压剪裂纹的相互作用分析[J];岩石力学与工程学报;2003年04期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 李强;压缩作用下岩体裂纹起裂扩展规律及失稳特性的研究[D];大连理工大学;2008年

2 李廷春;三维裂隙扩展的CT试验及理论分析研究[D];中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）;2005年

3 郭少华;岩石类材料压缩断裂的实验与理论研究[D];中南大学;2003年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 鞠旺;单轴压缩下三维槽型裂纹扩展和连接过程的相似模型试验研究[D];重庆大学;2015年

2 陈果;三维币状裂纹扩展及贯通机制试验研究[D];重庆大学;2015年

3 先超;不同张开度裂纹扩展的模型试验研究[D];重庆大学;2014年

4 朱江;单轴压缩条件下张开裂纹扩展和连接过程的模型试验研究[D];重庆大学;2014年

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本文编号：670770