层状复合岩石试样力学特性单轴压缩试验与颗粒流模拟研究

发布时间：2017-10-08 18:35

  本文关键词：层状复合岩石试样力学特性单轴压缩试验与颗粒流模拟研究

  更多相关文章： 岩石力学 层状岩体 相似材料 单轴压缩试验 颗粒流模拟程序

【摘要】：受到地球漫长而复杂的地质活动作用,自然界中广泛分布着层状复合岩层这一特殊的地质体,这种岩层往往由不同岩性的岩层交替构成,并且层与层之间的结合十分紧密。不同于一般单一岩性的岩体,这种层状复合岩层的非均质性、不连续性和各向异性特征更加显著,其力学特性不仅受各层间结构面力学特性的影响,各层的力学特性、结构面的倾角等对岩体工程的稳定与安全同样至关重要,因此,我们需要对层状复合岩层的基本力学特性有一些深入的了解,认清它的变形破坏机理,以求对工程实际有一定的参考指导意义。本文采用相似材料,模拟制作了层状复合岩层的类岩石试样,通过室内单轴压缩试验和颗粒流数值模拟的方法,研究分析了层状复合岩层的相关力学特性。主要研究工作如下:(1)设计加工了专门用于层状复合岩层类岩石试样制作的模具,研究了钻取、加工不同岩层倾角试样的方法;采用普通硅酸盐水泥、石英砂和熟石膏等相似材料,通过一系列的配比试验,配制了两种不同力学特性的相似材料,将这两种相似材料分别制作成单一类岩石试样,进行常规三轴压缩试验和巴西劈裂试验,研究了它们的基本力学特性。(2)制作了由这两种不同力学特性相似材料组成的层状复合岩层类岩石试样,试样分为三组不同的层厚比,每组试样7种不同的岩层倾角,对这些试样进行了单轴压缩试验,同时记录了试样的声发射(AE)数据和试样表面的裂纹扩展过程,分析了试样单轴压缩的强度变形特性、声发射特征和破坏模式。(3)采用颗粒流模拟程序—PFC2D,通过对不同区域赋值不同的参数和加入节理的方法,构建了层状复合岩层类岩石试样的模拟模型,在对节理细观参数进行敏感性分析的基础上调试得到了一组能反映实际试验宏观力学特性的PFC2D细观参数,由此模拟验证了层状复合岩层类岩石试样室内单轴压缩试验结果,并从模拟得到的试样的裂纹数目和细观位移场等方面深入分析了层状复合岩层类岩石的变形破坏机理。
【关键词】：岩石力学 层状岩体 相似材料 单轴压缩试验 颗粒流模拟程序
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU452
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-18
• 变量注释表18-19
• 1 绪论19-31
• 1.1 选题背景和意义19-20
• 1.2 国内外研究现状20-28
• 1.3 本文主要研究内容28-29
• 1.4 研究方法和技术路线29-31
• 2 层状复合岩石试样力学特性单轴压缩试验研究31-95
• 2.1 类岩石相似材料配比试验31-36
• 2.2 单一类岩石试样力学特性试验研究36-51
• 2.3 层状复合岩石试样制备及单轴压缩试验51-68
• 2.4 层状复合岩石试样强度变形特性分析68-72
• 2.5 层状复合岩石试样破裂过程及声发射特征分析72-93
• 2.6 本章小结93-95
• 3 层状复合岩石PFC~(2D)建模及节理细观参数敏感性分析95-113
• 3.1 颗粒流模拟软件PFC概述95-100
• 3.2 层状复合岩石PFC~(2D)模型构建100-101
• 3.3 节理细观参数敏感性分析101-112
• 3.4 本章小结112-113
• 4 层状复合岩石力学特性单轴压缩模拟研究113-146
• 4.1 数值模型与方案113-115
• 4.2 岩石与节理细观参数标定115-121
• 4.3 层状复合岩石试样模拟结果分析121-145
• 4.4 本章小结145-146
• 5 结论与展望146-149
• 5.1 结论146-147
• 5.2 展望147-149
• 参考文献149-157
• 作者简历157-159
• 学位论文数据集159

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本文编号：995648