基于PFC的填充节理剪切特性数值试验研究

发布时间：2020-04-17 04:59

【摘要】：节理的存在破坏了岩体的完整性,影响着岩体的力学性质,而对于张开的节理面往往会聚集一定的填充物,使得岩体的力学性质更为复杂。本文利用离散元软件PFC,系统地开展了填充节理剪切特性的数值试验研究。分别从填充度、填充物质、节理面形态三个方面对节理剪切强度、裂纹发育、破坏模式、剪胀效应进行了分析,可为填充节理室内物理试验和建立剪切强度理论模型提供参考与依据。主要成果如下:(1)通过单轴压缩模拟试验,分析了岩石PFC标定过程中宏细观参数之间的定性关系,得出了标定过程中调节细观参数的先后顺序,为平行粘结半径、平行粘结强度、平行粘结刚度。(2)针对规则锯齿形节理面形态,定义了填充度t/a(t为填充厚度,a为节理齿高)来反映填充物厚度,分析了填充度对填充节理剪切特性的影响,结果表明:随着填充度的增大,抗剪强度呈现非线性降低趋势;破坏模式由节理面剪切破坏(t/a=0、0.5)逐渐向填充物滑移磨损破坏(t/a=1、1.5、2)转变;剪胀效应逐渐减弱。(3)不同填充度下无粘性填充物内摩擦角增大均能使节理抗剪强度增大;剪胀效应在填充度小于1时随着填充物内摩擦角的变化不明显,在填充度大于或等于1时随着填充物内摩擦角的增大逐渐增强;剪切过程中产生的裂纹数量与填充物内摩擦角无关,节理面的破损程度与填充物内摩擦角无关。(4)无粘性填充物颗粒粒径对填充节理剪切特性在填充度大于或等于丨时有较大影响:抗剪强度以填充物粒径0.5mm为界先增大后减小;剪胀效应随着填充物粒径的增大而增强;填充物粒径越大,剪切过程中岩石-填充物-岩石相互作用越强,节理面产生裂纹相对越多。在填充度小于1时,填充物颗粒粒径的变化对填充节理剪切特性无影响。(5)由节理齿宽与齿高增加引起的起伏角增大对填充节理的抗剪强度及破坏模式在填充厚度较小时有相同的影响规律:随着节理起伏角的增大,填充节理抗剪强度逐渐增大;剪切过程中产生的裂纹数量越来越多;破坏模式由滑移磨损破坏逐渐向剪切破坏转变。而,剪胀效应则不同:由节理齿宽增加引起的起伏角增大时的剪胀效应由强变弱,由节理齿高增加引起的起伏角增大时的剪胀效应由弱变强。在填充厚度较大时,填充节理的剪切特性不再受到节理面形态的影响。
【图文】：

图１－１技术路线图逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ邋ｒｏａｄｍａｐ逡逑１１逡逑

相比接触粘结在粘结处仅可以承受力的作用，，此粘结模型的粘结处还可以承受弯矩的作逡逑用３在岩土Ｊ：程中常用来模拟力学性质比较强的材料，如：岩石。粘结处承受力和弯矩逡逑的大小与模型受到的法向力和切向力有关。平行粘结模型示意图如图２－６所示。逡逑ＣＤ邋＇＾＞逡逑Ｉ逡逑图２－６平行粘结模型示意图逡逑Ｆｉｇ．２－６邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐａｒａｌｌｅｌ邋ｂｏｎｄ邋ｍｏｄｅｌ逡逑平行粘结模型一般与摩擦模型一起使用，当材料所受到的外力作用超过了姑结处所逡逑能承受的最大强度，平行粘结模型就会破坏，进而摩擦模型将会产生作用。表征平行粘逡逑结模型：的特征参数有ｉ＿乎行粘结法向、切向强度（ｐｂ＿ｎｓｔｒｅｎ、ｐｂ＿ｓｓｔｒｅｎ）；、乎行粘结逡逑法向、切向刚度（ｐｂ＿ｋｎ、ｐｂ＿ｋｓ）；以及平行粘结半径（ｐｂ＿ｒａｄ）共５个参数。．由于此逡逑模型参数比较完备，且胶结范围比较大，因此可以用来来模拟力学性质比较好的岩石。逡逑１８逡逑
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU45

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本文编号：2630478