基于颗粒流裂隙岩体加卸荷宏细观力学特性研究

发布时间：2020-08-14 11:31

【摘要】：工程的建设首先要进行开挖,开挖实际上是一个复杂的加、卸载过程。近年来对岩体加卸荷宏观力学特性、变形特征、本构方程以及破裂机理已采用多种方法进行了大量的研究,取得了令人满意的结果。但从细观角度研究岩体加卸荷的破裂机理方面才刚刚起步。因此、本文先通过相似材料(砂浆)模拟脆性砂岩,以室内单轴压缩试验标定PFC2D细观参数为基础,通过自编FISH函数完成数值模型的预制裂隙,通过自编程序实现试样加卸载数值模拟试验。在宏观上对模拟的力学特性、变形特征等展开分析,在细观上从微裂纹扩展、细观力场、位移场、能量场等展开分析,并从破裂时间、破裂模式、破裂机理等方面对模拟加卸载试验进行了一定的对比分析。为认识加卸荷条件下的岩体失稳破裂宏细观机理提供一定的依据。通过本文的以上研究工作,得到了一些有益的结论,主要取得以下初步研究成果。1.PFC细观与宏观联系方面:在外力作用下促使试件内部颗粒运动、颗粒运动致使颗粒间接触力大于平行粘结强度,平行粘结断裂产生微裂纹,微裂纹产生扩展又使得应力随应变发生变化。具体来说,当微裂纹数目曲线发生一次较显著的上升时,应力-应变曲线就对应一次较显著的跌落;2.基于PFC能量方面:不同应力路径、不同倾角裂隙试样的细观能量消耗规律基本相似,但量值上有明显的区别,显然双轴压缩时试件吸收的能量(边界功)最多,也造成双轴压缩时相应的其他能量也较多。笔者通过对不同应力路径和不同倾角裂隙之间能量对比发现,总应变能-应变曲线与应力-应变曲线保持高度的吻合性,由于摩擦能主要有颗粒间断裂后滑动产生的,故摩擦能与裂纹数目保持高度的吻合性;3.基于PFC模拟卸荷破裂机理方面:通过对比双轴压缩时和卸荷时剪切裂纹与张拉裂纹的比值发现,突然卸荷时试件内剪切裂纹与张拉裂纹比值极具下降到某值,即突然产生大量张拉裂纹,发生拉伸破坏、之后剪切裂纹与张拉裂纹比值稳定于某值,即试件发生拉剪组合破坏。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU45
【图文】：

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安徽理工大学硕士学位论文它从细观结构角度研究介质的力学特性和行为，试图从去细观角度揭示物质。确定细观参数后建立合适的数值模型，再配置性能较好的电脑，就可能克述所述的问题。本文主要基于颗粒流 PFC2D 数值模拟软件进行加卸荷数值模验，从宏细观角度分析裂隙岩体加卸荷破裂特征。.2 裂隙岩体加卸荷国内外研究现状岩体工程涉及到的范围较为宽广，无论是地面工程还是地下工程都会产生形式的加卸荷过程。就拿地下隧洞开挖而言，隧洞开挖将产生卸荷，卸荷的导致应力场的二次分布，二次应力场在其切向主要表现为加载，而径向表现载，即加载与卸载两种应力路劲同时存在于一个岩体工程中[3-4]。如图 1 所示（形洞室为例）。

技术路线图

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图 3 裂隙试件钻取示意图图 4 裂隙试件制作示意图Fig. 3 Rigid specimen drilling schematic Fig.4 crack specimen production diagram钻取后预制裂隙位于试件中心，此时试件尺寸为 50mm×150mm。接下来对进行切割打磨。打磨是试件成型的最后一道工序要严格把关，试件上下两端平行，不平整度最大偏差不超过 0.05mm。为了使预制裂隙位于试件上下中打磨之前用尺子、笔刻画好刻度。制作完毕试件直径为 50mm 高为 100mm准岩石试块（如图 6），试件具体物理几何参数见表 1。

【参考文献】