大理岩加卸荷破坏过程的颗粒流数值模拟及其试验验证

论文摘要

随着矿山开挖和地下工程的增多，对岩石在开挖过程中的卸荷现象进行的研究越来越多，但是室内试验的局限性制约了研究的进展，为了更好地研究岩石在开挖过程中的各项力学性质及其变化，可以采用数值模拟进行研究。本文以河南大理岩为研究对象，在室内大理岩不同加卸荷力学破坏试验的基础上，探索采用基于离散元的颗粒流数值软件PFC2D模拟不同加卸荷条件下大理岩的受力及变形破坏机理，模拟结果初步证明了其可行性，并得到了室内试验结果的验证。本文的主要研究工作如下：（1）在不同加卸荷条件下大理岩破坏实验基础上，探索采用颗粒流数值软件PFC2D进行复杂加卸荷条件下岩石破坏机理的可行性，初步建立了常规三轴试验和峰前卸荷的数值模型，并结合室内实验结果，系统研究了PFC2D进行数值模拟时细观参数对宏观参数（如弹性模量，泊松比，破坏形式）等的影响，合理确定了模拟参数。（2）进行了大理岩常规三轴试验破坏过程的数值模拟，数值模拟结果与实际试验所得到的结果，如粘聚力和内摩擦角等，基本是一致的，应力-应变曲线虽然不完全一样，但总变化趋势相同，并获得了研究卸荷时的基本细观参数。（3）重点对大理岩峰前不同围压、不同卸荷速率条件下的破坏机理、力学参数进行了数值模拟研究，通过模拟研究得出的应力-应变曲线、破坏形式及抗剪强度的变化规律分析，得出了卸荷条件下的岩石破坏机理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 岩石加卸荷破坏机理的国内外研究现状
• 1.2.2 岩石破坏机理细观数值模拟的国内外研究现状
• 1.3 主要研究内容与技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第二章 颗粒流细观软件 PFC2D 及参数选择
• 2.1 颗粒流软件 PFC2D 简介
• 2.1.1 PFC2D 产生的背景
• 2.1.2 PFC2D 的基本假设
• 2.1.3 PFC2D 的特点
• 2.2 PFC2D 的接触模型简介
• 2.2.1 接触-刚度模型
• 2.2.2 滑动分离模型
• 2.2.3 粘结模型
• 2.3 基于试验基础的 PFC2D 细观参数与宏观参数的关系研究
• 2.3.1 影响弹性模量与泊松比的细观参数
• 2.3.2 影响应力-应变变化的细观参数
• 2.3.3 影响破坏形式的细观参数
• 2.3.4 摩擦因数的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 大理岩常规三轴试验数值模拟及试验验证
• 3.1 试验及数值模拟方案
• 3.1.1 室内试验的条件及方案
• 3.1.2 数值模拟的条件及方案
• 3.2 模型的建立
• 3.3 试验结果分析
• 3.3.1 应力-应变分析
• 3.3.2 破坏形式分析
• 3.3.3 粘聚力与内摩擦角分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 大理岩加轴压卸围压数值模拟及试验验证
• 4.1 试验及数值模拟方案
• 4.1.1 大理岩卸荷试验方案
• 4.1.2 大理岩卸荷数值模拟方案
• 4.2 模型的建立
• 4.3 试验结果分析
• 4.3.1 应力-应变分析
• 4.3.2 破坏形式分析
• 4.3.3 粘聚力与内摩擦角分析
• 4.3.4 卸荷速度对试验的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间科研工作
• 致谢