预制裂纹类岩石材料单轴压缩试验与数值模拟研究

发布时间：2023-04-18 19:05

　　岩体是内部赋含断层、节理、层理等不连续结构弱面的结构体,其复杂的结构组成使得其物理性质存在不均一性和各向异性,增加了裂隙岩体的研究工作难度,研究不同裂纹状态下裂隙岩体的力学特征以及断裂破坏机制对实际工程建设具有一定的理论和指导意义。为了研究裂隙岩体在单轴压缩下的力学特征和断裂破坏机制,采用与现实中岩石相类似的水泥砂浆材料制备试件,裂纹的预制通过试件养护前期拔出预埋钢片来形成不同形式的贯通裂纹,试件养护完成后,借助RMT-150B岩石力学试验机对预制裂纹试件进行单轴加载,加载过程中使用高清数码相机对加载过程进行实时拍摄,并拍照记录最终破坏模式。与此同时,使用颗粒流离散元软件PFC2D建立与室内实验结果相接近的数值模型进行数值模拟,结合实验过程中的现象以及试验结果进一步分析裂隙岩体的力学特征和断裂破坏机制。得出了以下主要结论:(1)建立单轴压缩下张开型裂纹受力模型,求解出改受力状态下张开型裂纹的I型和II型应力强度因子,并且得出:张开型裂纹的I型裂纹应力强度因子随着裂纹倾角的增大而逐渐减小,张开型裂纹的II型裂纹应力强度因子随裂纹倾角的增大而增大后减小,在裂纹倾角为45°时达到最大。利用最...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 试验研究
        1.2.2 理论研究
        1.2.3 数值模拟研究
    1.3 本文主要研究内容和研究目的
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究目的
第2章 实验总体设计
    2.1 试件和裂纹的设计
    2.2 试件制备
    2.3 物理力学参数试验
        2.3.1 试验加载环境以及试件准备
        2.3.2 单轴压缩试验
        2.3.3 巴西劈裂试验
        2.3.4 直剪试验
    2.4 本章小结
第3章 单一预制裂纹类岩石试件的破坏分析
    3.1 张开型裂纹起裂特征分析
        3.1.1 张开型裂纹受力模型
        3.1.2 张开型裂纹应力强度因子求解以及断裂判据
        3.1.3 张开型裂纹起裂角和起裂应力求解
    3.2 单一预制裂纹类岩石试件的破坏分析
        3.2.1 完整类岩石试件轴向应力应变曲线分析
        3.2.2 预制裂纹类岩石试样强度特征分析
        3.2.3 预制裂纹类岩石试样破坏模式分析
    3.3 本章小结
第4章 双预制裂纹类岩石试件的破坏分析
    4.1 预制裂纹尖端主要分支裂纹
    4.2 T型预制裂纹类岩石试件
        4.2.1 力学特征规律
        4.2.2 裂纹破坏模式
    4.3 十字预制裂纹类岩石试件
        4.3.1 力学特征规律
        4.3.2 裂纹破坏模式
    4.4 本章小结
第5章 裂纹类岩试件数值模拟研究
    5.1 数值模型建立
        5.1.1 颗粒流方法简介
        5.1.2 模拟软件选择及模型建立方法简介
        5.1.3 接触模型选择及参数标定
    5.2 完整数值模型建立
    5.3 含单裂纹模型试件及其力学特征
    5.4 裂纹模型断裂破坏特征
    5.5 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
作者攻读学位期间的科研成果
致谢



本文编号：3792845