非贯通裂隙岩体复合损伤本构模型研究

发布时间：2017-08-18 20:38

  本文关键词：非贯通裂隙岩体复合损伤本构模型研究

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【摘要】：断裂力学主要是针对含有内部裂纹的均质材料,研究其在外荷载作用下内部裂纹的扩展规律,用断裂力学来研究岩石的破坏问题在某些特定条件下是适合的,但它无法描述分布极不均匀的微裂纹和微裂隙等几何不连续缺陷。引入宏观损伤张量可以描述宏观裂隙对岩石造成的初始宏观缺陷,同样没有考虑岩石内部微裂隙分布的随机性。基于统计细观损伤力学的研究方法能通过用一定假设条件下的概率分布函数来描述岩样内部存在的微损伤,描述岩样内部微损伤随外部荷载变化的统计演化方程也能被确定。这种研究方法建立了描述细观损伤和宏观荷载之间的桥梁,描述完整岩石较为合适,但不能描述同时含有宏细观不同尺度缺陷裂隙岩体。本文以非贯通裂隙岩体为研究对象,基于宏细观损伤耦合建立损伤本构模型,用于裂隙岩体强度和变形的分析、预测。将宏细观损伤耦合计算方法应用到寒区节理岩体,并对寒区节理岩体的风化程度进行预测。本文主要研究成果如下：(1)单轴压缩下所提出的基于宏细观缺陷耦合的复合损伤模型既能反映完整岩石的变形和强度,又能刻画非贯通裂隙的主要几何、力学特征和试件的尺寸效应。模型能比较全面地考虑非贯通裂隙岩体的宏观损伤和细观受荷行为,克服了以往宏观损伤变量需要引入传压系数和传剪系数的不足,以及利用无限大板理论进行计算带来的误差。(2)在此基础上针对常规三轴压缩所提出的三维损伤模型能较好地描述裂隙岩样峰前应力应变行为。利用模型讨论了不同围压下裂隙岩体宏细观缺陷对岩石力学性质的影响规律,结果表明宏细观缺陷对岩石力学特性的影响具有明显的围压效应。(3)针对寒区节理岩体所提出的冻融受荷复合损伤变量可以较好地反映节理岩体的冻融损伤特性。当冻融循环对节理岩体峰值应变影响较小时,由完整岩石冻融循环下的单轴抗压强度和节理岩体未冻融时的力学参数,可以对冻融循环条件下节理岩体的风化程度做出合理预测。
【关键词】：岩石力学 非贯通裂隙 损伤耦合 本构模型 冻融荷载
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及存在的问题11-14
• 1.2.1 国内外研究现状11-13
• 1.2.2 存在的问题13-14
• 1.3 论文的研究内容与技术路线14-16
• 1.3.1 研究目标与内容14-15
• 1.3.2 技术路线与研究方案15-16
• 第2章 裂隙岩体断裂与损伤基础16-25
• 2.1 岩石断裂判据16-22
• 2.1.1 复合裂纹的扩展理论16-21
• 2.1.2 复合裂纹岩石的断裂判据21-22
• 2.2 岩石损伤介绍22-23
• 2.2.1 损伤的定义及变量选择22-23
• 2.2.2 统计细观损伤力学简介23
• 2.3 裂隙岩体的损伤张量23-25
• 第3章 基于宏细观损伤耦合的非贯通裂隙岩体本构模型25-47
• 3.1 受荷岩石细观损伤模型25-29
• 3.1.1 岩石细观缺陷的受荷损伤演化25-26
• 3.1.2 分布参数的确定及物理意义26-29
• 3.2 受荷裂隙岩体损伤模型29-37
• 3.2.1 宏细观缺陷耦合的损伤变量29-31
• 3.2.2 考虑宏观缺陷的损伤变量计算31-36
• 3.2.3 受荷裂隙岩体损伤本构方程36-37
• 3.3 计算实例与模型验证37-45
• 3.4 小结45-47
• 第4章 常规三轴下非贯通裂隙岩体复合损伤本构模型47-60
• 4.1 受荷岩石细观损伤模型47-48
• 4.2 受荷裂隙岩体损伤模型48-53
• 4.2.1 宏细观缺陷耦合的损伤张量48-49
• 4.2.2 考虑宏观缺陷的损伤张量计算49-52
• 4.2.3 受荷裂隙岩体损伤本构方程52-53
• 4.3 计算实例与模型验证53-59
• 4.4 小结59-60
• 第5章 冻融荷载耦合作用下节理岩体损伤本构模型60-73
• 5.1 冻融受荷岩石细观损伤模型60-62
• 5.1.1 岩石细观缺陷的冻融损伤演化60
• 5.1.2 冻融受荷岩石细观损伤演化方程60-62
• 5.2 冻融受荷节理岩体损伤模型62-63
• 5.2.1 冻融受荷节理岩体耦合损伤变量62-63
• 5.2.2 冻融受荷节理岩体损伤本构方程63
• 5.3 计算实例与模型验证63-71
• 5.4 小结71-73
• 第6章 结语及展望73-75
• 6.1 结语73
• 6.2 展望73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 附录80
• 发表论文情况80
• 参与项目情况80
• 荣誉奖励情况80

【参考文献】

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本文编号：696667