大理岩断裂能与细观结构几何特征相关性研究

发布时间：2020-11-15 18:13

　　断裂能是描述脆性材料断裂行为的一个重要参量。岩石在细观尺度上由相互胶结的矿物颗粒组成。这种细观结构对岩石宏观断裂能具有非常重要的影响。岩石细观结构对宏观断裂能的影响来自两方面,一是细观结构的力学性能,二是细观结构的几何特征。为了揭示岩石宏观断裂能的细观机理,本文通过试验对岩石细观结构的几何特征与宏观断裂能之间相关性进行研究。首先通过三点弯曲试验测定大理岩的断裂能,在试验后的三点弯曲试件断口处取岩石切片,进行电镜(SEM)扫描得到岩石真实的细观结构图像。然后利用图像处理技术对SEM图像进行处理以获取岩石细观颗粒的界面网络结构和细观颗粒的粒度分布等细观结构信息。通过分形几何理论来描述和研究这种细观结构几何特征。通过分析发现细观颗粒界面网络拓扑结构与细观颗粒粒度的分布均具有较强的分形特征。将二者的分形维数与试件的宏观断裂能对比,发现它们之间具有很强的相关性。界面网络分形维数与宏观断裂能之间具有很强的二次相关性;而细观颗粒粒度分布维数与宏观断裂能之间存在着较强的线性关系。宏观断裂能在一定程度上随着两种分形维数的增大而增大,通过分形维数可以定量地描述岩石细观结构特征对岩石宏观断裂能的影响。该研究结果揭示了宏观断裂能与岩石细观结构几何特征的相关性,加深了对宏观断裂能细观机理的理解。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TU45
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章绪论
    1.1 课题提出的背景和意义
    1.2 图像处理技术与岩石细观力学研究现状
    1.3 分形几何在岩土工程的应用
    1.4 本文主要研究内容
第二章大理岩三点弯曲梁试验
    2.1 引言
    2.2 断裂能测定原理
    2.3 试样备制和试验过程
    2.4 数据去噪
    2.5 最小二乘法数据拟合
    2.6 实验结果与分析
    2.7 本章小结
第三章岩石电镜扫描试验与图像处理
    3.1 引言
    3.2 试样制取与扫描
    3.3 数字图像处理技术
    3.4 大理岩SEM图像处理过程
    3.5 本章小结
第四章细观颗粒界面网格结构几何特征与宏观断裂能相关性
    4.1 引言
    4.2 分形理论简介
    4.3 分形维数的概念
    4.4 大理岩晶界网格结构的分形特征
    4.5 晶界盒维数与断裂能的关系
    4.6 本章小结
第五章细观颗粒粒度分布特征与宏观断裂能相关性
    5.1 引言
    5.2 破碎岩石块度分布分形特征
    5.3 岩石细观颗粒分布特征
    5.4 岩石细观颗粒粒度分布特征与断裂能相关性
    5.5 本章小结
第六章结论和展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
个人简历及攻读硕士学位期间科研成果

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