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不同加载条件下类岩石破裂时空演化及声发射特征试验研究

发布时间:2021-09-17 01:09
  裂隙岩体是地下工程中普遍存在的复杂工程介质,煤矿开采等地下岩体工程的开挖施工产生的局部应力会造成岩体裂隙尖端裂纹扩展,进而可能会引起工程岩体裂纹起裂、滑移、变形、甚至失稳破坏,是导致煤矿岩爆、边坡失稳、隧道塌方等灾害事故的根本原因。因此,论文通过理论分析、室内试验研究、数值模拟等综合方法,研究完整类岩试件裂纹扩展演化规律,研究含自由面双预设裂隙类岩试件裂纹扩展特征、贯通方式,获取试件加载破坏失稳的声发射前兆信号特征,研究成果可为煤矿安全开采及地下工程稳定性分析提供参考。1)通过对裂纹尖端应力场特征、裂纹的贯通方式、扩展模型及其准则等的理论分析,研制了用于室内试验研究裂纹演化规律的类岩石材料,通过类岩试件的单轴压缩和拉伸试验,获得了试件的基本力学参数。基于此参数设计的PFC数值模型,获得破坏形态和应力-应变曲线与室内试验结果具有较高的一致性。2)基于真三轴试验,分析了不同中间主应力作用时完整类岩试件裂纹演化及破裂特征,得出了中间主应力对裂纹扩展路径的影响规律:随着中间主应力的增大,裂纹扩展方向与最大主应力方向夹角减小,试件由剪切破坏变为板裂破坏;采用SEM扫描电镜对破裂试样断口进行表面特... 

【文章来源】:山东科技大学山东省

【文章页数】:75 页

【学位级别】:硕士

【部分图文】:

不同加载条件下类岩石破裂时空演化及声发射特征试验研究


图2.1?Irwin裂纹分类??

加载条件,双轴,破坏模式,岩样


朱维申、陈卫忠等[69]采用物理试验模拟方法,研究了双轴加载下类岩石雁??形裂纹扩展类型及特征,提出顺向排列的雁形裂纹的三种基本的岩桥贯通方式:??岩桥剪切破坏、岩桥拉剪复合破坏和岩桥翼裂纹扩展破坏,如图2.4所示。??V?说微??\?,??\次牛裂纹 ̄^?^??麵?纖?删麵??<?骨?<?'??加玫力.向?加战方向??(a)剪切破坏?(b)拉剪复合破坏?(c)翼裂纹扩展破坏??图2.4双轴加载条件下双裂隙岩样破坏模式图??Fig.?2.4?Sketches?of?failure?on?sample?with?two?crack?under?biaxial?loading??某些岩体赋存的异质微结构是导致各向异性与局部应力集中的主要原因,??在岩体整体受压情况下产生应力集中的区域依然有局部张应力的存在,故将有??延性I型微裂纹萌生,该张开裂纹扩展方向亚平行于最大压应力方向(可类比??于真三轴压缩试验中的给予试件的最大主应力方向)。随着应力水平的不断增??大,裂纹由初始的弹性变形至微弹性裂隙稳定扩展,进一步变化为不稳定连续??扩展贯通。同时,此阶段的扩展同应变硬化膨胀密切相关,导致岩石变形具有??非线性特征。对于岩石变形具有的该种非线性特征情况的描述和分析常用的是??滑移开裂模型和预存缺陷扩展模型。??1963年,Brace和Bombolakis最早探宄并提出了二维滑移开裂模型,该模??型能够解释翼裂纹的产生与扩展

岩体裂隙,应力状态,裂隙面


及以上应力综合作用下产生的,该种裂隙称为为复合型裂隙。??假设岩体内有断层弱裂隙面ab,其外法线《与水平方向的夹角为《,岩体??受深部主应力巧、cr3的作用,如图2.5所示。如果裂隙面受到的正应力和剪应??力分别为〇"?和2^,则有??CT?\?C7?-I?C71?一?(T-j?_??cra?=Ly-i-+?2?cos2or?(2.11)??=— ̄ ̄—sin?2a?(2.12)??a?2??由摩尔一库伦强度准则知,裂隙面的抗剪强度公式为??r?=?c?+?a?tan?<f>?(2.13)??式中:c一裂隙面的粘结力,MPa;??^一裂隙面的内摩擦角,°。??h??a??u,?u??图2.5岩体裂隙面的应力状态??Fig.?2.5?Stress?state?of?crack??将式(2.11)和式(2.12)代入到式(2.13?)中,令?r'=?+?tan炉)贝lj??外界载荷达到裂隙面的极限强度,导致裂隙起裂的力学条件为rf>0,即??—1?^(sin2a-tan彡cos2a)?>c?-????m?yx?2ccos^-(cr


本文编号:3397652

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