单轴压缩下单裂隙类岩石力学特性和破坏规律研究

发布时间：2020-04-10 14:30

【摘要】：岩石是一种复杂的天然介质,经过漫长的地质年代,在各种外界荷载作用下,其内部产生如裂隙、孔洞等各种各样的缺陷,而这些缺陷成为岩爆、围岩坍塌等工程事故的诱因。目前,国内外诸多学者针对裂隙岩体进行了大量研究,获取了诸多指导设计与施工的重要结论,但对于单裂隙岩体力学特性和破坏规律的研究还存在较多不足,如标准岩石试样的制作方法、不同裂隙长度对类岩石力学特性影响等。基于此,针对单裂隙类岩石在单轴压缩下的力学特性和破坏规律,基于断裂力学等相关理论,对类岩石试样进行室内单轴压缩试验,并以损伤力学理论为基础,建立考虑裂隙倾角和裂隙长度的岩体损伤本构模型,并基于该本构模型,采用FLAC3D有限差分程序对单轴压缩试验进行数值模拟,对比分析室内试验和数值模拟结果。本文主要内容如下:(1)搜集及查阅国内外关于裂隙岩体的相关文献资料,了解关于裂隙岩体力学特性和破坏规律的相关理论、室内试验、数值模拟等方面的研究现状,并总结目前研究的不足及提出本文的研究内容和技术路线;(2)从不同的角度介绍岩石中裂隙的分类,并从岩石断裂力学方面总结裂隙岩体的相关理论。(3)设计一种制作含裂隙类岩石标准试样的钢模具,以高强硅粉砂浆材料为原材料制作类岩石试样,采用抽拔钢片方法(高强薄钢片)预制贯穿单裂隙。对制取的类岩石试样进行单轴压缩试验,针对试验结果,运用格鲁布斯法进行数据处理,获取准确合理的数据;并从类岩石试样峰值轻度、应力应变曲线、破坏形态等方面,研究特定倾角、特定尺寸的单裂隙对类岩石力学特性和破坏规律的影响。(4)以损伤力学理论和应变等价原理为基础,建立考虑裂隙倾角、裂隙长度的裂隙岩体损伤本构模型。并基于自定义损伤本构模型,采用Flac3D有限差分程序,对单轴压缩试验进行数值模拟,以期与室内试验进行相互验证。
【图文】：

几何形状,闭合裂隙,岩石裂隙,压缩作用

图 2-4 闭合裂隙上的应力状态Fig.2-4 Stress state around closed flaw4 年，Meclintock 和 Walsh 针对压缩作用下岩石裂隙发生闭合的 Griffith 最大拉应力理论。他们认为闭合裂隙端部几何形状不发度上的裂隙闭合保持一致，而使得压应力通过裂隙传递，而对裂影响，，修正后的公式如下：( )( ) + + + = 1121·213132130fffσσμσσσσσξηf1cos20α =公式中， f 表示裂隙面间的摩擦系数。后的 Griffith 理论虽然对传统的 Griffith 理论进行了改善，但还状态的研究。Orowan 理论owan 理论是基于 Griffith 理论而发展起来的一种理论，其也对 Gri

裂纹尖端应力场,坐标系,应力强度因子,Ⅰ型

图 2-5 裂纹尖端应力场坐标系Fig.2-5 Coordinate system of crack-tip stress fileds隙： = =+ = 23sin2sin2cos2r23sin21sin2cos2r23sin21sin2cos2rθθθπθθθπθθθπIIIKKK( )( ) =+ = 23cos221cos2r423cos221cos2r4θθπθθπxGKxGKII，为Ⅰ型裂隙应力强度因子；
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU45

【参考文献】