卸荷渗流耦合作用下裂隙岩体破坏机理研究
发布时间：2022-01-21 15:52
随着我国基础设施建设的快速发展,大型交通、水利水电工程建设的大规模开展,地下工程突水问题以及边坡工程稳定性问题日益突出。其中,卸荷-渗流耦合作用成为诱发此类问题的重要因素,而裂隙岩体作为实际工程问题中广泛遇到的一类工程介质,具有复杂的力学特性与渗透特性。基于此,本文采用理论分析、室内试验、数值模拟相结合的方法,围绕卸荷-渗流耦合作用下裂隙岩体破坏机理,系统地研究了含单裂隙类岩石试样在卸荷渗流耦合作用下的卸荷力学特性、渗流特性、能量转化等,建立了渗透水压-围压卸载状态下翼型裂纹的扩展模型,并借助FLAC3D软件分析了裂纹起裂和扩展机理。研究内容和主要成果如下:（1）基于断裂损伤力学理论研究应力-渗流作用下岩石裂纹起裂、扩展规律,建立了考虑围压卸荷作用的压剪翼型裂纹模型,并借助有限元软件对模型进行对比分析。得出压剪裂纹起裂强度的主要影响因素有裂纹闭合程度、围压、渗透水压、裂纹倾角、岩石性质等。渗透水压的存在使裂纹尖端应力强度因子增加,压剪岩石裂纹起裂强度降低,分支裂纹扩展长度显著增长;围压的存在对裂纹扩展起约束作用,使得裂纹起裂强度降低,分支裂纹扩展长度显著减小。考虑...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：274 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
本文研究技术路线
重庆大学博士学位论文202.2渗透水压作用下压剪岩石裂纹起裂特性2.2.1渗透水压作用下张开型裂纹起裂特性①渗透水压作用下裂纹尖端应力强度因子本节采用椭圆形的裂纹近似代替张开型裂纹，在大小主应力1、3和渗透水压p作用下，受力如图图2.1所示。(a)张开型裂隙受力图(b)受力详图图2.1渗透水压作用下张开型裂隙示意图Fig.2.1Schematicdiagramofopen-typecrackunderhydraulicpressure图2.1中，1、3为模型所受双向主应力，以压应力为正；为椭圆形裂纹的长轴与1的夹角；a、b分别为椭圆形裂隙的长轴半长和短轴半长。由力学知识可知，在双向压应力1、3和内水压力p作用下，裂纹表面应力N和的表达式分别为：2213=sincosNp(2.1)131sin22(2.2)而椭圆形裂纹尖端处的横向压应力T为：2213=cossinTp(2.3)式中：N为法向压应力；T为横向压应力，其方向与裂纹长轴平行，当椭圆
2卸荷渗流作用下裂隙岩体裂纹断裂强度与扩展模型25图2.3双向应力-水压作用下闭合型裂隙示意图Fig.2.3Schematicdiagramofclosedfractureunderbidirectionalstress-waterpressure图2.4双向应力-水压作用下闭合型裂隙受力祥图Fig.2.4Closed-fractureforcediagramunderbidirectionalstress-waterpressure由于裂纹面之间部分闭合，使应力传递发生变化，引入传压、传剪系数nC、vC，如下式所示：02002011nnvsaCEaKaCEaK(2.27)裂纹面上实际作用的法向应力和剪切应力为：22131sincosnnCp(2.28)13=1sin22vC(2.29)剪切应力使得裂纹面产生相对滑移，但由于裂纹壁面粗糙，且裂纹面部分闭合，在裂纹面相对滑移过程中会产生一个摩擦阻力n，导致实际有效剪应力减小，
【参考文献】：
期刊论文
[1]单压下节理密度及倾角对类岩石试件强度及变形的影响[J]. 王佩新,曹平,蒲成志,范祥,陈瑜,王聪聪. 工程科学学报. 2017(04)
[2]不同应力路径下岩桥试验的声发射特征研究[J]. 陈国庆,赵聪,刘辉,黄润秋. 岩石力学与工程学报. 2016(09)
[3]An experimental study on fracture mechanical behavior of rock-like materials containing two unparallel fissures under uniaxial compression[J]. Yan-Hua Huang,Sheng-Qi Yang,Wen-Ling Tian,Wei Zeng,Li-Yuan Yu. Acta Mechanica Sinica. 2016(03)
[4]透明类岩石内置三维裂纹扩展变形试验研究[J]. 朱珍德,林恒星,孙亚霖. 岩土力学. 2016(04)
[5]含单裂纹真实岩石试件断裂模式的力学试验研究[J]. 刘伟韬,申建军. 岩石力学与工程学报. 2016(06)
[6]含交叉多裂隙类岩石材料单轴压缩力学性能研究[J]. 张波,李术才,杨学英,张敦福,王琦,蔡伟,杨春晓,邓振全. 岩石力学与工程学报. 2015(09)
[7]基于一种脆性指标确定岩石残余强度[J]. 彭俊,荣冠,蔡明,彭坤. 岩土力学. 2015(02)
[8]基于DDA方法一种流-固耦合模型的建立及裂隙体渗流场分析和应用[J]. 虞松,朱维申,张云鹏. 岩土力学. 2015(02)
[9]含交叉裂隙节理岩体单轴压缩破坏机制研究[J]. 张波,李术才,杨学英,王刚,张敦福,杨为民,李景龙. 岩土力学. 2014(07)
[10]硬岩裂纹起裂强度和损伤强度取值方法探讨[J]. 周辉,孟凡震,卢景景,张传庆,杨凡杰. 岩土力学. 2014(04)
博士论文
[1]深部盐水环境下砂岩变形破坏特性及CO2渗透演化规律研究[D]. 黄彦华.中国矿业大学 2018
[2]脆性材料中三维裂隙破坏过程试验与数值模拟研究[D]. 王向刚.山东大学 2014
[3]岩体渗流—应力耦合作用及煤层底板突水效应研究[D]. 刘再斌.煤炭科学研究总院 2014
[4]含水及初始损伤岩体损伤断裂机理与实验研究[D]. 汪亦显.中南大学 2012
[5]基于渗流与应力耦合的防渗墙与坝体相互作用研究[D]. 高江林.天津大学 2012
[6]裂隙岩体渗流—损伤—断裂耦合理论及应用研究[D]. 赵延林.中南大学 2009
[7]高应力下岩石卸荷及其流变特性研究[D]. 朱杰兵.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2009
[8]加卸荷条件下岩体宏细观破坏机理的试验与理论研究[D]. 张黎明.西安建筑科技大学 2009
[9]高应力下花岗岩力学特性试验及本构模型研究[D]. 胡云华.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2008
[10]压缩作用下岩体裂纹起裂扩展规律及失稳特性的研究[D]. 李强.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]锦屏二级水电站引水隧洞围岩卸荷力学特性试验研究与应用[D]. 王战鹏.河海大学 2006
[2]渗流对卸荷岩质边坡稳定性影响的研究[D]. 梁宁慧.重庆大学 2005
[3]锦屏二级水电站闸基深厚覆盖层渗流分析与控制研究[D]. 王华俊.成都理工大学 2005
本文编号：3600556
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【文章页数】：274 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
本文研究技术路线
重庆大学博士学位论文202.2渗透水压作用下压剪岩石裂纹起裂特性2.2.1渗透水压作用下张开型裂纹起裂特性①渗透水压作用下裂纹尖端应力强度因子本节采用椭圆形的裂纹近似代替张开型裂纹，在大小主应力1、3和渗透水压p作用下，受力如图图2.1所示。(a)张开型裂隙受力图(b)受力详图图2.1渗透水压作用下张开型裂隙示意图Fig.2.1Schematicdiagramofopen-typecrackunderhydraulicpressure图2.1中，1、3为模型所受双向主应力，以压应力为正；为椭圆形裂纹的长轴与1的夹角；a、b分别为椭圆形裂隙的长轴半长和短轴半长。由力学知识可知，在双向压应力1、3和内水压力p作用下，裂纹表面应力N和的表达式分别为：2213=sincosNp(2.1)131sin22(2.2)而椭圆形裂纹尖端处的横向压应力T为：2213=cossinTp(2.3)式中：N为法向压应力；T为横向压应力，其方向与裂纹长轴平行，当椭圆
2卸荷渗流作用下裂隙岩体裂纹断裂强度与扩展模型25图2.3双向应力-水压作用下闭合型裂隙示意图Fig.2.3Schematicdiagramofclosedfractureunderbidirectionalstress-waterpressure图2.4双向应力-水压作用下闭合型裂隙受力祥图Fig.2.4Closed-fractureforcediagramunderbidirectionalstress-waterpressure由于裂纹面之间部分闭合，使应力传递发生变化，引入传压、传剪系数nC、vC，如下式所示：02002011nnvsaCEaKaCEaK(2.27)裂纹面上实际作用的法向应力和剪切应力为：22131sincosnnCp(2.28)13=1sin22vC(2.29)剪切应力使得裂纹面产生相对滑移，但由于裂纹壁面粗糙，且裂纹面部分闭合，在裂纹面相对滑移过程中会产生一个摩擦阻力n，导致实际有效剪应力减小，
【参考文献】：
期刊论文
[1]单压下节理密度及倾角对类岩石试件强度及变形的影响[J]. 王佩新,曹平,蒲成志,范祥,陈瑜,王聪聪. 工程科学学报. 2017(04)
[2]不同应力路径下岩桥试验的声发射特征研究[J]. 陈国庆,赵聪,刘辉,黄润秋. 岩石力学与工程学报. 2016(09)
[3]An experimental study on fracture mechanical behavior of rock-like materials containing two unparallel fissures under uniaxial compression[J]. Yan-Hua Huang,Sheng-Qi Yang,Wen-Ling Tian,Wei Zeng,Li-Yuan Yu. Acta Mechanica Sinica. 2016(03)
[4]透明类岩石内置三维裂纹扩展变形试验研究[J]. 朱珍德,林恒星,孙亚霖. 岩土力学. 2016(04)
[5]含单裂纹真实岩石试件断裂模式的力学试验研究[J]. 刘伟韬,申建军. 岩石力学与工程学报. 2016(06)
[6]含交叉多裂隙类岩石材料单轴压缩力学性能研究[J]. 张波,李术才,杨学英,张敦福,王琦,蔡伟,杨春晓,邓振全. 岩石力学与工程学报. 2015(09)
[7]基于一种脆性指标确定岩石残余强度[J]. 彭俊,荣冠,蔡明,彭坤. 岩土力学. 2015(02)
[8]基于DDA方法一种流-固耦合模型的建立及裂隙体渗流场分析和应用[J]. 虞松,朱维申,张云鹏. 岩土力学. 2015(02)
[9]含交叉裂隙节理岩体单轴压缩破坏机制研究[J]. 张波,李术才,杨学英,王刚,张敦福,杨为民,李景龙. 岩土力学. 2014(07)
[10]硬岩裂纹起裂强度和损伤强度取值方法探讨[J]. 周辉,孟凡震,卢景景,张传庆,杨凡杰. 岩土力学. 2014(04)
博士论文
[1]深部盐水环境下砂岩变形破坏特性及CO2渗透演化规律研究[D]. 黄彦华.中国矿业大学 2018
[2]脆性材料中三维裂隙破坏过程试验与数值模拟研究[D]. 王向刚.山东大学 2014
[3]岩体渗流—应力耦合作用及煤层底板突水效应研究[D]. 刘再斌.煤炭科学研究总院 2014
[4]含水及初始损伤岩体损伤断裂机理与实验研究[D]. 汪亦显.中南大学 2012
[5]基于渗流与应力耦合的防渗墙与坝体相互作用研究[D]. 高江林.天津大学 2012
[6]裂隙岩体渗流—损伤—断裂耦合理论及应用研究[D]. 赵延林.中南大学 2009
[7]高应力下岩石卸荷及其流变特性研究[D]. 朱杰兵.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2009
[8]加卸荷条件下岩体宏细观破坏机理的试验与理论研究[D]. 张黎明.西安建筑科技大学 2009
[9]高应力下花岗岩力学特性试验及本构模型研究[D]. 胡云华.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2008
[10]压缩作用下岩体裂纹起裂扩展规律及失稳特性的研究[D]. 李强.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]锦屏二级水电站引水隧洞围岩卸荷力学特性试验研究与应用[D]. 王战鹏.河海大学 2006
[2]渗流对卸荷岩质边坡稳定性影响的研究[D]. 梁宁慧.重庆大学 2005
[3]锦屏二级水电站闸基深厚覆盖层渗流分析与控制研究[D]. 王华俊.成都理工大学 2005
本文编号：3600556
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