水岩共同作用下节理岩体裂隙扩展过程的试验与数值模拟研究

发布时间：2017-08-31 15:47

  本文关键词：水岩共同作用下节理岩体裂隙扩展过程的试验与数值模拟研究

  更多相关文章： 节理岩体 裂隙扩展 室内试验 数值模拟

【摘要】：节理岩体是一种包含大量裂隙,节理和断层等结构面的不连续地质体。在岩土工程中进行围岩开挖时,节理裂隙会在开挖扰动下延伸,发展并互相贯通,造成工程事故。大量的工程实例表明,围岩稳定性与这些原始裂隙的扩展延伸有着千丝万缕的联系。使用锚杆进行加固的方案一直是地下工程中最经济且行之有效的加固方式。然而锚固机理还未能完全阐述。因此,对锚杆锚固岩体的力学性能与锚固效应的研究对地下工程中节理岩体的稳定和复杂地质条件下的工程应用有着十分重要的意义。随着世界能源危机的影响,由美国开始页岩气革命逐渐被推广。我国作为世界上页岩气资源储量最大的国家,而页岩气开采技术尚不成熟,且并未形成一套完整系统的开采理论。对裂隙水压与围岩压力共同作用下裂隙扩展情况的研究将大力推动我国的页岩气发展。本文主要研究工作内容如下：首先,配置了一种砂浆混合材料的类岩石试件并采用室内试验的方法对轴压下节理岩体试件二维裂隙扩展情况进行研究。对预置二维裂隙试件锚固后进行加载试验,探讨锚固试件的裂隙扩展情况。其次,采用非连续变形方法对预置二维裂隙试件的轴向加载试验进行数值分析,同时模拟了单裂隙与多裂隙试件扩展过程并进行对比。在非连续变形方法中引入锚杆模型,对锚固节理试件的二维裂隙扩展情况进行研究。在对预置三维裂隙试件轴压下的裂隙扩展进行室内试验研究时,采用了新型透明脆性类岩石材料浇筑试件并预置三维裂隙,改进试件制备工艺流程及其试验设备,使改进的试验方案利于对三维裂隙扩展详细过程的观察。在加载试验中描述三维裂隙扩展过程,结合预置二维裂隙试件的裂隙扩展情况展开进一步的讨论和对比分析。最后,为了探究水岩共同作用下的裂隙扩展情况,对三维裂隙试件加载试验方案进行改造,使试验得以在裂隙水压与轴压的共同作用下进行,探究裂隙水压与轴压共同存在下的三维裂隙扩展情况。对比分析二维裂隙与三维裂隙的扩展过程,单裂隙与多裂隙试件的裂隙扩展过程,室内试验与数值模拟中的裂隙扩展情况,二维裂隙锚固试件与三维裂隙锚固试件裂隙扩展情况和水岩共同作用下的裂隙扩展情况。本文试图探究不同情况下裂隙扩展微观过程,其研究结果对理论研究有较大的指导意义。
【关键词】：节理岩体 裂隙扩展 室内试验 数值模拟
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45
【目录】：

• 中文摘要10-12
• 英文摘要12-14
• 第一章 绪论14-18
• 1.1 选题背景及研究意义14-15
• 1.2 相关领域研究现状15-16
• 1.3 本文主要研究内容16-18
• 第二章 预置二维裂隙试件的裂隙扩展过程试验与数值模拟研究18-32
• 2.1 引言18
• 2.2 二维裂隙扩展试验18-23
• 2.2.1 试件制备流程18-19
• 2.2.2 试验流程19-21
• 2.2.3 试验结果21-23
• 2.3 非连续变形分析法计算原理23-24
• 2.4 数值模拟24-31
• 2.4.1 数值方法对预置二维单裂隙试件裂隙扩展试验的模拟24-27
• 2.4.2 数值方法对多组预置二维裂隙试件裂隙扩展试验的模拟27-30
• 2.4.3 对比分析30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 锚固节理岩体试件的裂隙扩展过程试验与数值模拟研究32-39
• 3.1 引言32
• 3.2 二维裂隙锚固试件裂隙扩展试验32-34
• 3.2.1 试验流程32-33
• 3.2.2 试验结果33-34
• 3.3 加入锚杆模型的非连续变形分析法原理34-35
• 3.4 数值模拟35-37
• 3.4.1 数值方法对预置二维裂隙锚固试件裂隙扩展试验的模拟35-37
• 3.4.2 对比分析37
• 3.5 本章小结37-39
• 第四章 预置三维裂隙试件的裂隙扩展过程研究39-61
• 4.1 引言39
• 4.2 试验流程39-43
• 4.2.1 新型类岩石材料40
• 4.2.2 试件制备流程40-41
• 4.2.3 三维裂隙预置41-42
• 4.2.4 试验加载设备42-43
• 4.3 试验改进方案43-48
• 4.3.1 试件制备改进方案43-44
• 4.3.2 低温加载环境的改造44-46
• 4.3.3 试验加载设备的改造46-48
• 4.4 预置三维单裂隙试件的裂隙扩展过程48-53
• 4.4.1 裂隙扩展过程48-53
• 4.4.2 对比分析53
• 4.5 预置三维单裂隙锚固试件的裂隙扩展情况53-55
• 4.5.1 锚固试件裂隙扩展试验53-54
• 4.5.2 对比分析54-55
• 4.6 预置三维双裂隙试件在单轴加载下裂隙扩展过程55-59
• 4.6.1 裂隙扩展过程描述55-58
• 4.6.2 预置三维双裂隙扩展情况与三维单裂隙扩展情况的对比分析58-59
• 4.6.3 预置三维裂隙和二维裂隙岩桥贯通和裂隙扩展过程的对比分析59
• 4.7 本章小结59-61
• 第五章 裂隙水压作用下预置三维裂隙试件的裂隙扩展过程研究61-72
• 5.1 引言61
• 5.2 裂隙水压试验改进方案61-64
• 5.2.1 三维裂隙含水腔体61-63
• 5.2.2 试件制备改进方案63
• 5.2.3 水压设备改进方案63-64
• 5.3 裂隙水压作用下的裂隙扩展过程64-70
• 5.3.1 裂隙扩展过程64-69
• 5.3.2 对比分析69-70
• 5.4 本章小结70-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-79
• 致谢79-80
• 攻读学位期间参与的科研项目80
• 攻读学位期间的获奖情况80-81
• 学位论文评阅及答辩情况表81

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本文编号：766502