岩体结构面形貌特征对剪切特性影响的数值研究

发布时间：2018-05-27 13:26

  本文选题：岩体结构面 + 粗糙度系数JRC　； 参考：《燕山大学》2016年硕士论文

【摘要】：岩体由岩石和结构面构成,结构面的存在通常决定了岩体的物理、力学性质及稳定性,而结构面的剪切强度以及破坏类型与其形貌特征密切相关。由于技术条件的限制,现阶段利用试验方法难以获得不同形貌特征的结构面在剪切过程中的细观破坏特征。基于此,本文通过对结构面形貌特征的描述,对起伏度为平直状的不规则结构面以及规则锯齿状结构面的形貌特征对剪切特性的影响进行了FLAC3D数值模拟。在不规则结构面剪切特性的研究中,本文模拟了十条起伏度为平直状的形貌曲线,计算了各条曲线的粗糙度系数JRC和分形维数D,并建立了JRC与D之间的关系。利用模拟的形貌曲线建立了宽度方向一致的结构面数值模型,并开展了结构面直剪试验的数值模拟,得到了不同JRC的结构面在不同法向应力条件下剪切过程中的宏细观力学特征。通过数值模拟剪切强度与JRC-JCS模型理论值的对比,证明了数值模拟的合理性,在此基础上推导出关于分形维数D的剪切强度公式。对于规则锯齿状结构面剪切特性的研究,本文结合声发射模拟程序,模拟了不同起伏角的规则锯齿状结构面的直剪试验。通过剪切过程中声发射特征,位移场演化过程以及损伤演化过程等方面分析了结构面的三种破坏类型,即骑越型破坏,骑越-剪断型破坏和贯通剪断型破坏的力学特性和破坏特征。骑越型破坏和贯通剪断型破坏的结构面在剪切应力达到峰值后均具有稳定滑动的特征,而骑越-剪断型破坏的结构面具有明显的黏滑特征。根据不同起伏角规则锯齿状结构面在不同法向应力条件下的剪切应力特征以及剪切强度特征,划分了结构面不同破坏类型所对应的起伏角及其法向应力的范围,建立了三段式线性剪切强度经验公式。
[Abstract]:Rock mass is composed of rock and structural plane. The existence of structural plane usually determines the physical, mechanical properties and stability of rock mass, and the shear strength and failure type of structural plane are closely related to its morphology. Due to the limitation of technical conditions, it is difficult to obtain the mesoscopic failure characteristics of structural surfaces with different morphologies in the shear process by using the test method at present. Based on this, the influence of irregular surface and regular sawtooth surface on shear characteristics is simulated by FLAC3D. In the study of shear characteristics of irregular structural plane, ten shape curves with flat undulation are simulated, the roughness coefficient JRC and fractal dimension D of each curve are calculated, and the relationship between JRC and D is established. The numerical model of the structural plane with uniform width direction is established by using the simulated topography curve, and the numerical simulation of the direct shear test of the structural plane is carried out. The macroscopic and meso-mechanical characteristics of different JRC structural surfaces in shear process under different normal stress conditions are obtained. The rationality of the numerical simulation is proved by comparing the shear strength of the numerical simulation with the theoretical value of the JRC-JCS model, and the shear strength formula of the fractal dimension D is derived. For the study of shear characteristics of regular zigzag structure plane, the direct shear test of regular sawtooth structure surface with different undulating angles is simulated by combining acoustic emission simulation program. According to the characteristics of acoustic emission in shear process, the evolution process of displacement field and the damage evolution process, three kinds of failure types of structure surface are analyzed, that is, ride-over type failure. Mechanical characteristics and failure characteristics of ride-shearing failure and through-shear failure. The structural plane of the ride-over failure and the through-shear failure has the characteristics of stable sliding after the shear stress reaches the peak value, while the structural mask of the straddle and shear-type failure has obvious visco-slip characteristics. According to the characteristics of shear stress and shear strength of regular sawtooth structure plane with different fluctuating angles under different normal stress conditions, the range of fluctuation angle and normal stress corresponding to different failure types of structural plane are divided. The empirical formula of three-segment linear shear strength is established.
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45

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本文编号：1942278