基于3D打印技术类岩石结构面剪切强度的研究

发布时间：2022-12-04 12:06

　　自然界中遍布岩体,它是许多地质构造的重要组成部分。在矿山岩体力学中岩体被视为有结构特征,岩块（结构体）和结构面共同组成了岩体。在矿山岩体工程中结构面主要表现为断层、层理、节理等。结构面对岩体的力学特性具有重要的影响,因此研究结构面的特征,进而研究其力学特性对岩体工程具有重要的意义。首先,针对岩石试件力学试验不可重复性的缺陷,应用三维扫描技术获取岩石结构面形貌数据,以所获形貌数据为基础,应用3D打印技术制作一批形貌特征相同的结构面模具;在制备好的钢模内浇注一批大小为10 cm×10 cm×10cm石膏结构面试件。三维扫描与3D打印技术实现了相貌特征相同的结构面在不同法向应力和不同方向的剪切力学试验。然后,在实验室开展了石膏结构面的各向异性剪切力学试验,对同一批16个完全相同的结构面进行了四个方向（0°、90°、180°、270°）的剪切力学试验,每个方向的法向力分为4个等级,分别为0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa。试验结果表明随着法向应力的增加峰值剪切强度也在增加;不同方向剪切强度不相同,在90°、180°方向的剪切强度要大于0°和270°方向的剪切强度,相对剪切方... 

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【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题的背景及研究意义
        1.1.1 课题的背景
        1.1.2 课题的意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 剪切强度研究概述
        1.2.2 岩体结构面颗粒流方法的研究现状
        1.2.3 剪切强度的各向异性
    1.3 课题研究的主要内容及技术路线
2.结构面剪切强度及数值模拟理论基础
    2.1 剪切强度峰值估算模型及粗糙度计算方法
        2.1.1 结构面剪切强度峰值估算模型
        2.1.2 粗糙度计算方法
    2.2 颗粒物质(细观)力学
        2.2.1 简介
        2.2.2 颗粒流程序(PFC)简介
    2.3 本章小结
3 类岩石结构面试件的制备
    3.1 制备流程
    3.2 制备设备简介
        3.2.1 白光扫描仪
        3.2.2 3D打印机
        3.2.3 钢制模具
    3.3 岩石结构面形貌数据的获取及模具制作
        3.3.1 相似材料的选取
        3.3.2 模具数字文件的制作及打印
    3.4 石膏结构面试件浇筑及养护
    3.5 本章小结
4 类岩石结构面直剪实验及数据分析
    4.1 直剪试验加载装置改进
    4.2 类岩石结构面各向异性直剪试验
    4.3 类岩石结构面各向异性特征分析
        4.3.1 结构面基本摩擦角的测定及验证
        4.3.2 结构面剪切强度的各向异性分析
        4.3.3 结构面粗糙度的分析
    4.4 本章小结
5 类岩石结构面直剪试验数值模拟
    5.1 单轴试验及细观参数标定
        5.1.1 单轴试验结果
        5.1.2 单轴试验细观参数的标定
        5.1.3 平直结构面数值模拟及结构面细观参数的标定
    5.2 Barton曲线剪切模拟及结果验证与剪切细观行为分析
        5.2.1 Barton曲线剪切模拟及结果验证
        5.2.2 粗糙结构面直剪破坏过程细观分析
    5.3 类岩石结构面各向异性数值模拟
        5.3.1 结构面二维轮廓线的获取
        5.3.2 各向异性剪切试验数值模型的建立
        5.3.3 模拟结果分析
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
在学研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]四川茂县叠溪镇新磨村滑坡特征与成因机制初步研究[J]. 许强,李为乐,董秀军,肖先煊,范宣梅,裴向军.  岩石力学与工程学报. 2017(11)
[2]裂隙岩体结构面直剪特性与参数反演试验[J]. 骆宏勋,陈东,陈骅伟,蒋冲,陈兆,沙策,刘霖.  铁道科学与工程学报. 2017(09)
[3]岩体结构面剪切强度模型研究进展[J]. 陈世江,王创业,王超,常建平.  金属矿山. 2017(06)
[4]不同粗糙度结构面时效强度特征[J]. 王振,沈明荣,田光辉,张清照.  岩石力学与工程学报. 2017(S1)
[5]考虑各向异性特征的三维岩体结构面峰值剪切强度研究[J]. 陈世江,朱万成,王创业,王超,郭灵飞.  岩石力学与工程学报. 2016(10)
[6]考虑细观力学特征的结构面剪切行为分析[J]. 卢敦华,林杭,曹日红,方建勤.  矿业研究与开发. 2016(04)
[7]基于PFC2D数值试验的异性结构面剪切强度特性研究[J]. 张雅慧,汪丁建,唐辉明,李长冬,易贤龙.  岩土力学. 2016(04)
[8]类节理岩石直剪试验力学特性的数值模拟研究[J]. 李晓锋,李海波,夏祥,刘博,冯海鹏.  岩土力学. 2016(02)
[9]非充填粗糙节理直剪分析及参数反演[J]. 卢敦华,林杭,曹日红,方建勤.  矿业研究与开发. 2016(01)
[10]含坡度均方根的节理峰值剪切强度经验公式[J]. 唐志成,黄润秋,张建明,王晓川.  岩土力学. 2015(12)

博士论文
[1]基于离散元方法的节理岩体各向异性力学参数表征及应用[D]. 王培涛.东北大学 2015
[2]基于数字图像处理的岩体结构面粗糙度三维表征方法及其应用[D]. 陈世江.东北大学 2015
[3]基于BAP的岩体结构面粗糙度与峰值抗剪强度研究[D]. 葛云峰.中国地质大学 2014

硕士论文
[1]岩体结构面形貌特征对剪切特性影响的数值研究[D]. 高云起.燕山大学 2016
[2]3D打印技术在岩石力学试样制备方面的应用探讨[D]. 华敏杰.南京大学 2015



本文编号：3708237