花岗岩力学性质变异性的细观机制研究

发布时间：2023-05-13 02:05

　　岩石是一种由多种矿物组成的天然非均质材料,矿物细观力学特性对岩石宏观力学行为有重要影响。矿物力学性质的不均匀性和岩石细观结构发育程度的不同,是岩石宏观力学性质表现出较大变异性的重要原因之一。岩石矿物颗粒和细观结构的不均匀性越大,岩石宏观力学性质的变异性就越大。本文选取花岗岩为研究对象,从宏观和细观两个方面研究了花岗岩的力学特性,提供了一套从细观层面研究岩石宏观力学性质变异性的研究方法。本论文的主要研究内容和基本认识如下:(1)通过宏观物理力学试验,获得了花岗岩试样的一些物理性质指标和力学性质参数,并统计了力学参数的变异情况。结果表明:被测花岗岩的抗拉强度和单轴抗压强度的变异性较大,变异系数高达20%;对于三轴压缩试验,花岗岩内部的裂纹随着围压的增大而逐渐闭合,导致所测结果的变异性相对较小,变异系数在3%左右。(2)采用CT扫描实现了花岗岩组成矿物的定量测定和细观结构分析。本文采用阈值分割方法,综合X射线衍射试验结果确定合理的分割阈值,实现了花岗岩CT图像的三值化分析。结果表明:不同矿物的CT图像具有不同的灰度值,选择合理的分割阈值,可以实现花岗岩主要矿物石英、长石、云母的识别和定量分析...

【文章页数】：101 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 岩石纳米压痕试验研究现状
        1.2.2 岩石CT扫描技术研究现状
        1.2.3 岩石宏细观力学特性数值模拟研究现状
    1.3 研究内容和技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
    1.4 论文的创新点
2 花岗岩宏观物理力学试验
    2.1 岩石物理性质试验
        2.1.1 岩石天然含水率、吸水率及饱和吸水率试验
        2.1.2 岩石块体密度试验
    2.2 岩石力学性质试验
        2.2.1 岩石压缩变形试验
        2.2.2 岩石抗拉强度试验
        2.2.3 岩石单轴压缩试验
        2.2.4 岩石三轴压缩试验
    2.3 本章小结
3 花岗岩细观物理力学试验
    3.1 X射线衍射试验
    3.2 CT扫描试验
        3.2.1 CT扫描成像原理
        3.2.2 CT图像与数字图像
        3.2.3 CT图像三值化分析
        3.2.4 CT图像三维重构
    3.3 纳米压痕试验
        3.3.1 试验原理
        3.3.2 试样制备
        3.3.3 试验程序
        3.3.4 试验结果
        3.3.5 试验存在的问题
    3.4 压痕点SEM观测
    3.5 本章小结
4 花岗岩矿物力学参数的反演分析
    4.1 纳米压痕试验数值模拟
        4.1.1 数值模型信息
        4.1.2 参数均匀设计
        4.1.3 数值模拟结果
    4.2 人工神经网络与优化算法
        4.2.1 人工神经网络
        4.2.2 优化算法
    4.3 反演结果分析
    4.4 本章小结
5 基于数值模拟的花岗岩宏细观力学特性研究
    5.1 数值计算模型
    5.2 参数的校准与标定
        5.2.1 晶粒尺寸
        5.2.2 接触面刚度
        5.2.3 接触面抗拉强度
        5.2.4 接触面粘聚力和内摩擦角
        5.2.5 晶粒粘聚力和内摩擦角
        5.2.6 晶粒体积模量和剪切模量
        5.2.7 其他参数
        5.2.8 参数标定结果
    5.3 数值模拟结果分析
        5.3.1 三轴压缩试验的峰值强度
        5.3.2 三轴压缩试样的破坏形态
        5.3.3 晶粒占比对模拟结果的影响
        5.3.4 巴西劈裂试验数值模拟结果
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 研究展望
参考文献
作者简介



本文编号：3815079