双轴压缩下多裂纹体类岩石材料破坏试验与分形研究

发布时间：2017-08-17 05:29

  本文关键词：双轴压缩下多裂纹体类岩石材料破坏试验与分形研究

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【摘要】：在工程中岩体的失稳破坏过程实质就是岩体中的裂隙在工程扰动下的萌生、扩展、及贯通的过程;大量的岩体工程实践表明,岩体的失稳破坏与其岩体中裂隙的分布形式及所处周围的应力环境等因素相关,因此研究裂隙岩体的变形、破坏规律及贯通模式具有重要的意义。本文以预制多裂纹体类岩石试件,在双轴压缩下裂纹的扩展及试件破坏特性来进行分析,本文主要内容如下:(1)制备出120组裂纹倾角为30°、45°、60°及裂纹条数为10、15、20、25和30条的多裂纹体类岩石试件通过岩石剪切流变仪进行双轴压缩,实现不同试件在侧向应力(0.5Mpa、1.0Mpa、1.5Mpa和2.0Mpa)条件下的加载试验;记录并描述实验过程中试件的裂纹扩展情况。(2)得到试件的轴向应力—应变曲线关系,曲线呈现S型,试件裂纹历经闭合阶段、弹性变形阶段、裂纹的萌生和扩展(或试件局部变形)、应变软化阶段;在不同的侧向压力与裂纹条数对其试件轴向峰值强度影响较明显,裂纹条数的增多,其峰值强度有明显的减小;随着侧向压力的增加,峰值强度增加;裂纹倾角为30°~45°比倾角为60°的峰值强度表现要低。(3)进一步分析在试件裂纹条数递增时,试件的破坏形式由翼形拉裂纹逐渐发展到翼形拉裂纹与次生剪切裂纹的复合型破坏;不同侧向压力对其贯通模式的影响主要表现为,随着侧向压应力的增加,贯通模式呈现由翼形裂纹的扩展与翼形裂纹+轴向次生剪切裂纹演化为翼形裂纹+轴向和横向次生剪切裂纹;当侧向压力为0.5 Mpa,试件大致贯通发生在试件的局部,以翼形裂纹+轴向次生剪切裂纹为主;当侧向压力增至2.0Mpa,不同的裂纹倾角,多裂纹体的破坏形式沿原生裂纹倾斜方向的翼形裂纹呈斜对角贯通破坏。(4)通过不同多裂纹体试件在不同侧向压力下的双轴加载试验,试件破坏过程的裂纹扩展程度,采用盒子法测量试件破坏过程中不同应力点试件裂纹的分形维数,分析试件在破坏过程的分形维数变化趋势;分析其结果,试件的破坏程度越高,其相关性越好,试件的分形维数呈现出增大的趋势;试件裂纹扩展分布程度高,越密集,其所测分形维数越高。
【关键词】：多裂纹体类岩石材料 双轴压缩 翼形裂纹 剪切裂纹 分形维数
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 研究背景及意义12-15
• 1.1.1 研究背景12-13
• 1.1.2 研究意义13-15
• 1.2 国内外研究现状及研究方法15-17
• 1.2.1 理论研究15-16
• 1.2.2 试验研究16-17
• 1.2.3 数值模拟研究17
• 1.3 本文主要的研究内容及研究目的17-20
• 1.3.1 研究内容17-19
• 1.3.2 研究目的19-20
• 1.4 本文的课题来源20-22
• 第二章 应力作用下裂隙岩体断裂力学特性研究22-34
• 2.1 双向应力作用下岩石裂纹断裂强度特性22-25
• 2.1.1 压剪岩石裂纹断裂强度22-23
• 2.1.2 最大周向应力准则下压剪岩石裂纹初裂强度23-25
• 2.2 应力作用下压剪裂纹扩展分析25-27
• 2.2.1 裂纹扩展阻力和裂纹的亚临界扩展25-26
• 2.2.2 翼形裂纹的压剪起裂26-27
• 2.3 岩桥断裂贯通模式分析27-32
• 2.3.1 裂纹的扩展模式27-28
• 2.3.2 岩桥破坏贯通模式28-32
• 2.4 本章小结32-34
• 第三章 双轴压缩下多裂纹类岩石材料破坏试验34-58
• 3.1 试件的裂隙空间布置及试件制备34-38
• 3.1.1 试件的裂隙空间布置34-36
• 3.1.2 试件的制备36-38
• 3.2 预制裂隙类岩石试件的双轴加载及试验过程记录38-42
• 3.2.1 试验设备38-40
• 3.2.2 预制裂隙类岩石试件的双轴压缩方式40-41
• 3.2.3 试验过程采集及结果记录41-42
• 3.3 双轴压缩条件下多裂隙类岩石试件试验结果42-55
• 3.3.1 双轴压缩条件下多裂类岩石试件裂纹扩展过程42-45
• 3.3.2 双轴压缩条件下类岩石试件轴向应力 —应 变曲线45-50
• 3.3.3 双轴加载条件下多裂纹类岩石试件强度50-55
• 3.4 本章小结55-58
• 第四章 双轴压缩下多裂纹体类岩石材料破坏规律与贯通模式分析58-72
• 4.1 双轴压缩下不同裂纹条数类岩石试件破坏规律58-61
• 4.2 双轴压缩下不同裂隙倾角试件破坏规律61-64
• 4.3 双轴压缩下多裂纹体类岩石试件的贯通模式64-67
• 4.4 双轴加载下岩桥破坏模式分析67-69
• 4.5 本章小结69-72
• 第五章 双轴加载下多裂纹体类岩石试件破坏过程分形维数计算72-84
• 5.1 分形理论72-74
• 5.1.1 分形的定义72-73
• 5.1.2 分形的重要特征73-74
• 5.2 分形维数测量方法74-76
• 5.2.1 网格盒子法74-75
• 5.2.2 线段盒子法75-76
• 5.2.3 弦长盒子法76
• 5.3 分形维数测量76-78
• 5.4 双轴加载下试件破坏分形维数研究78-82
• 5.5 本章小结82-84
• 第六章 结论与展望84-88
• 6.1 主要结论84-85
• 6.2 展望85-88
• 参考文献88-92
• 致谢92-94
• 附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与科研项目94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 刘学伟;刘泉声;刘滨;潘玉丛;;侧向压力对裂隙岩体破坏形式及强度特征的影响[J];煤炭学报;2014年12期

2 赵延林;万文;王卫军;王敏;彭青阳;;类岩石材料有序多裂纹体单轴压缩破断试验与翼形断裂数值模拟[J];岩土工程学报;2013年11期

3 张波;李术才;杨学英;张敦福;邵长利;杨为民;;含交叉裂隙岩体相似材料试件力学性能单轴压缩试验[J];岩土力学;2012年12期

4 蒲成志;曹平;赵延林;张向阳;衣永亮;刘业科;;单轴压缩下多裂隙类岩石材料强度试验与数值分析[J];岩土力学;2010年11期

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本文编号：687369