非贯通节理岩体断裂特性及损伤模型研究

发布时间：2020-08-26 13:37

【摘要】：岩体是一种同时含有宏观缺陷和细观缺陷的损伤地质体,这些缺陷的存在对岩体的强度、刚度及稳定性均会产生较大的影响。宏观缺陷及细观缺陷分别以不同的作用方式及机理对岩体的力学性质产生影响,宏观非贯通节理会使岩体产生各向异性损伤,而细观缺陷则产生各向同性损伤。因此,本文综合考虑岩体的宏观缺陷、细观缺陷及耦合作用对岩体力学性质的影响,建立了非贯通节理岩体损伤本构模型。本文开展的主要研究工作如下:(1)从弹性力学及断裂力学的角度出发,根据宏观非贯通节理的力学性质不同,将其分为张开型和闭合型两种情况进行讨论,张开型非贯通节理应考虑节理尖端横向应力的影响,而闭合节理引入节理面变形参数对节理间应力传递的影响,为此,分别推导了两种情况下单条非贯通节理应力强度因子的计算方法。(2)非贯通节理断裂形式分为拉伸破坏和剪切破坏两种,根据岩石材料参数建立了非贯通节理破坏形式的判别依据,分别采用最大周向应力理论及摩尔库伦准则对拉伸破坏及剪切破坏情况下节理尖端起裂角进行研究。结果表明张开型非贯通节理的长度、倾角及横向应力等参数均会对岩体起裂路径产生影响;而对于闭合型非贯通节理的起裂角与节理长度、倾角、内摩擦角、法向刚度及切向刚度等有关。(3)基于损伤力学损伤应变能释放率及断裂力学附加应变能相关联的原理推导了节理岩体宏观损伤变量计算公式,并判断节理损伤临界角。考虑非贯通节理间的相互作用得到成组分布的非贯通节理尖端应力强度因子的计算方法,并运用MATLAB软件求解非贯通节理岩体宏观损伤变量。(4)基于Weibull细观分布函数及轴向应变准则推导了细观岩体损伤本构模型,并利用软化岩石的极限特性,根据应力峰值点来确定细观损伤模型的分布参数。基于张量化Lemaitre应变等效假设,推导了宏细观缺陷耦合损伤张量的计算公式。最后对本文所建节理岩体损伤本构模型进行实验验证,该模型很好的考虑了宏、细观缺陷对岩体力学性质的影响。
【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】：2018
【分类号】：TU45
【图文】：

图 2-3 节理尖端应力分布图标系下应力分布情况16）为直角坐标系下节理尖端应力分布情况，其中 Tx和坐标转化极坐标系下节理尖端应力分布展开式可表示为 2 2 Ι ΙΙ2 2 1/2Ι ΙΙ1/Ι ΙΙ1cos 3-cos - sin 3cos 1 + cos sin 2π2 21cos 1+cos -3 sin sin cos 2π21cos sin - 3cos 1 - sin cos sin cos 2π2x yx yx yθ θΚ θ Κ T θ+T θ+rθΚ θ Κ θ +T θ+T θ+ rrθΚ θ Κ θ- T θ θ+T θ θ+ rr r rθ 分别为极坐标系 r-θ 下节理尖端应力，其与参数尖端断裂准则

01530450 15 30 45 60 75 90裂起/角节理倾角/°η=0.1 η=0.2η=0.3 A.BobetC.Chaker B.Cotterell图 2-12 起裂角随节理倾角变化规律若其与条件均不变，取 M2为 0.7，内摩擦角取为 60°，则由图 2-11 可以，当节理倾角为 0 至 12°时非贯通节理发生拉伸破坏，而节理倾角为 15°5°时非贯通节理发生剪切破坏，而当非贯通节理倾角大于 45°时，非贯通再次发生拉伸破坏。根据不同的破坏模式，在不同倾角下分别计算非贯通节体的起裂角，计算结果如图 2-13 所示。

图 3-4 节理岩体渗压模型，在渗透水压 P 的影响下，节理面拉应力，笔者认为当应力n 大于 用；当应力n 小于等于 0 时为高分别求解两种条件下节理尖端的应降低了节理面的摩擦系数 μ，为此系数的折减程度。在低渗透压条件产生相对滑动趋势，此时有效切应effn ，Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子可以表示

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本文编号：2805240