非穿透裂纹诱导的岩石破裂过程及失效判据研究
发布时间：2024-12-26 05:10
在岩石工程中,岩石破裂的突发性和不可预测性常会带来严重的人员伤亡以及经济损失。造成岩石破裂的主要因素是裂纹的扩展和连接,而岩石中的裂纹通常又都是非穿透型的。因此,研究非穿透裂纹在岩石材料中扩展及贯穿规律并建立破裂失效判据对于揭示岩石破裂过程的宏观非线性力学行为以及解释因裂纹扩展和贯穿而导致的相关工程现象都具有重要的理论意义和工程价值。本论文主要是对非穿透裂纹扩展和连接导致岩石破裂的过程进行研究,分析岩石中非穿透裂纹的扩展和连接的形态特征,建立非穿透裂纹诱导岩石破裂的失效判据,并模拟节理岩石中裂纹扩展和连接的过程以及节理岩石高边坡滑坡。本文的研究成果如下:(1)基于线弹性断裂理论对单条非穿透裂纹在单轴压缩作用下裂纹前缘的应力场进行了分析,给出了非穿透裂纹扩展的临界条件,并讨论了三维破裂张拉应力判据的临界曲面和曲面方程。利用反比例函数,给出了(非)穿透裂纹诱导产生的翼裂纹在试样表面扩展的路径方程。(2)试验观测到两类相似的翼裂纹以及四类连接裂纹,从试样表面来看非穿透裂纹和穿透裂纹的扩展和连接形态是相似的;在试样内部,非穿透裂纹间的连接还包括花瓣裂纹(petal crack)。翼裂纹的扩展曲面...
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 相关领域研究现状
1.2.1 岩石破裂理论
1.2.2 非穿透裂纹的扩展和连接实验
1.2.3 岩石破裂过程模拟
1.3 本文研究内容与研究方法
第二章 岩石材料中非穿透裂纹的扩展判据
2.1 非穿透裂纹前缘的三维应力分析
2.1.1 主应力与剪应力极值
2.1.2 非穿透裂纹前缘应力场分析
2.2 非穿透裂纹扩展判据
2.2.1 扩展临界条件
2.2.2 破裂临界曲面
2.2.3 扩展路径
2.3 本章小结
第三章 非穿透裂纹扩展和连接特性的实验研究
3.1 试样及试验方案
3.1.1 试样的选择
3.1.2 试样的尺寸
3.1.3 试验方案
3.2 非穿透裂纹的扩展和连接形态分析
3.2.1 试样表面的裂纹形态
3.2.2 翼裂纹和次生裂纹
3.2.3 裂纹连接形态
3.3 裂纹初始方位对裂纹扩展和连接形态的影响
3.4 本章小结
第四章 非穿透裂纹的扩展和连接对试样强度及软化行为的影响
4.1 预制裂纹深度比和间距对试样极限荷载的影响
4.1.1 裂纹深度比为1/3
4.1.2 裂纹深度比为2/3
4.1.3 裂纹深度比为1
4.2 裂纹初始方位对试样极限荷载的影响
4.3 裂纹扩展对试样软化行为的影响
4.4 本章小结
第五章 非穿透裂纹诱导岩石破裂的失效准则
5.1 破坏形态及其控制因素
5.2 岩石破裂的失效状态
5.3 岩石破裂的失效准则
5.4 本章小结
第六章 节理岩石高边坡阶梯状破裂的模拟实验研究
6.1 节理岩石阶梯状破裂问题的描述及其研究方法
6.1.1 节理岩石中的裂纹分布
6.1.2 代表性体元及力的分解
6.1.3 试样选择及试验方案
6.2 阶梯状破裂过程中的裂纹扩展和连接形态
6.2.1 单条裂纹诱导的破裂
6.2.2 相近双裂纹诱导的破裂
6.2.3 相近三条裂纹诱导的破裂
6.3 阶梯状破裂过程对试样软化行为的影响
6.4 阶梯状破裂过程中试样的极限荷载
6.5 阶梯状破裂导致高边坡滑坡的稳定性分析
6.6 本章小结
第七章 节理岩石高边坡阶梯状破裂过程的数值模拟
7.1 岩石破裂过程的模拟方法
7.1.1 本构模型与失效准则
7.1.2 岩石破裂过程数值分析实施方法
7.2 节理岩石中裂纹扩展和连接的数值模拟
7.2.1 模拟结果与实验结果中裂纹扩展形态的对比
7.2.2 模拟结果与实验结果中荷载位移曲线的对比
7.3 节理岩石高边坡滑坡的模拟
7.4 本章小结
第八章 结论与展望
8.1 本文主要完成的工作和结论
8.2 本文创新点和应用价值
8.3 前景和展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
致谢
本文编号：4020582
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 相关领域研究现状
1.2.1 岩石破裂理论
1.2.2 非穿透裂纹的扩展和连接实验
1.2.3 岩石破裂过程模拟
1.3 本文研究内容与研究方法
第二章 岩石材料中非穿透裂纹的扩展判据
2.1 非穿透裂纹前缘的三维应力分析
2.1.1 主应力与剪应力极值
2.1.2 非穿透裂纹前缘应力场分析
2.2 非穿透裂纹扩展判据
2.2.1 扩展临界条件
2.2.2 破裂临界曲面
2.2.3 扩展路径
2.3 本章小结
第三章 非穿透裂纹扩展和连接特性的实验研究
3.1 试样及试验方案
3.1.1 试样的选择
3.1.2 试样的尺寸
3.1.3 试验方案
3.2 非穿透裂纹的扩展和连接形态分析
3.2.1 试样表面的裂纹形态
3.2.2 翼裂纹和次生裂纹
3.2.3 裂纹连接形态
3.3 裂纹初始方位对裂纹扩展和连接形态的影响
3.4 本章小结
第四章 非穿透裂纹的扩展和连接对试样强度及软化行为的影响
4.1 预制裂纹深度比和间距对试样极限荷载的影响
4.1.1 裂纹深度比为1/3
4.1.2 裂纹深度比为2/3
4.1.3 裂纹深度比为1
4.2 裂纹初始方位对试样极限荷载的影响
4.3 裂纹扩展对试样软化行为的影响
4.4 本章小结
第五章 非穿透裂纹诱导岩石破裂的失效准则
5.1 破坏形态及其控制因素
5.2 岩石破裂的失效状态
5.3 岩石破裂的失效准则
5.4 本章小结
第六章 节理岩石高边坡阶梯状破裂的模拟实验研究
6.1 节理岩石阶梯状破裂问题的描述及其研究方法
6.1.1 节理岩石中的裂纹分布
6.1.2 代表性体元及力的分解
6.1.3 试样选择及试验方案
6.2 阶梯状破裂过程中的裂纹扩展和连接形态
6.2.1 单条裂纹诱导的破裂
6.2.2 相近双裂纹诱导的破裂
6.2.3 相近三条裂纹诱导的破裂
6.3 阶梯状破裂过程对试样软化行为的影响
6.4 阶梯状破裂过程中试样的极限荷载
6.5 阶梯状破裂导致高边坡滑坡的稳定性分析
6.6 本章小结
第七章 节理岩石高边坡阶梯状破裂过程的数值模拟
7.1 岩石破裂过程的模拟方法
7.1.1 本构模型与失效准则
7.1.2 岩石破裂过程数值分析实施方法
7.2 节理岩石中裂纹扩展和连接的数值模拟
7.2.1 模拟结果与实验结果中裂纹扩展形态的对比
7.2.2 模拟结果与实验结果中荷载位移曲线的对比
7.3 节理岩石高边坡滑坡的模拟
7.4 本章小结
第八章 结论与展望
8.1 本文主要完成的工作和结论
8.2 本文创新点和应用价值
8.3 前景和展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
致谢
本文编号：4020582
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