论文题目: 三维裂隙扩展的CT试验及理论分析研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 岩土工程
作者: 李廷春
导师: 白世伟,李术才
关键词: 三维裂隙扩展,柔度张量,本构模型,试验
文献来源: 中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）
发表年度: 2005
论文摘要: 三维裂隙扩展的试验与理论研究成果对于岩体三维本构关系的建立至关重要。本文通过多种配比和烧制温度的初步选择试验,精选出一种与岩石较为接近的相似材料制作标准试件,并在其内部预置单或双币状裂隙,进行了加载过程中的CT实时扫描试验,利用试验结果分析裂隙扩展规律。为了更好地进行三维裂隙的CT扫描试验分析和本构关系的推导,理论上研究了二维、三维裂隙的扩展长度,分析了裂隙的最有利扩展角度;通过MTS电液伺服试验,得到了裂隙角度与裂强比的关系曲线;利用三维显式有限差分法程序Flac-3D,模拟了压缩载荷作用下含单裂隙标准试件的裂边应力分布。通过单轴单裂隙扩展CT实时扫描试验,得到了裂隙扩展的一般规律,获得了初裂强度、翼裂纹扩展长度、自相似扩展长度等重要参数;根据不同角度预置单裂隙试件劈裂后的纵向扫描,说明了裂隙的扩展状况依赖于预置裂隙的角度、长度等因素;预置双裂隙试件单轴压缩CT试验结果表明:岩桥长度达到预置裂隙半径的4倍时,两个裂隙几乎没有相互作用;预置单裂隙试件三轴压缩CT试验研究表明:翼裂纹扩展受阻,裂隙的自相似扩展较大,裂隙扩展产生的翼裂纹距离上下缘更远一些;预置双裂隙试件三轴压缩的CT试验研究发现,裂隙的扩展状况其实就是单轴双裂隙的扩展规律与围压效应的叠加。充分考虑到裂隙岩体的初始损伤、裂隙闭合、自相似扩展、摩擦滑移和弯折扩展等损伤机制,给出了三维有效柔度张量,推导了三维裂隙岩体脆弹性断裂损伤本构关系。结合厦门暗挖海底隧道的开挖稳定性分析项目,通过三维节理裂隙岩体脆弹性断裂损伤模型与商用软件三维显式有限差分法程序Flac-3D计算结果的对比分析,说明了本文提出的节理裂隙岩体断裂损伤模型在实际工程应用中更为适合。
论文目录:
第一章 绪论
1.1 课题研究的理论意义和工程意义
1.2 课题研究现状及国内外文献综述
1.3 本文的研究方法和内容
第二章 CT 技术原理及试件研制
2.1 CT 技术原理
2.2 试件的加工制作
2.3 小结
第三章 裂隙（裂纹）扩展状况综合分析
3.1 基本原理
3.2 受压状态下二维裂隙的扩展
3.3 受压状态下三维裂隙的扩展
3.4 压缩载荷作用下含裂隙试件破坏过程的 MTS 电液伺服试验
3.5 压缩载荷作用下含单裂隙标准试件的应力分布数值模拟
3.6 小结
第四章 单裂隙试件单轴压缩的裂纹扩展CT 试验研究
4.1 单裂隙试件单轴压缩的CT 试验
4.2 ＜方案一＞同心圆区域CT 分析
4.3 ＜方案二＞等圆区域CT 分析
4.4 ＜方案三＞等椭圆区域 CT 分析
4.5 裂隙扩展规律
4.6 纵向CT 扫描图像分析
4.7 密度应力分析
4.8 损伤变量分析
4.9 裂隙扩展宽度的估算方法
4.10 小结
第五章 双裂隙试件单轴压缩的裂纹扩展 CT 试验研究
5.1 含44°双裂隙试件单轴压缩的 CT 试验
5.2 ＜方案一＞同心圆区域CT 分析
5.3 ＜方案二＞等圆区域CT 分析
5.4 ＜方案三＞等椭圆区域 CT 分析
5.5 裂隙扩展规律
5.6 纵向 CT 扫描图像分析
5.7 小结
第六章 单裂隙试件三轴压缩的裂纹扩展CT 试验研究
6.1 含19°单裂隙试件三轴压缩的 CT 试验
6.2 ＜方案一＞同心圆区域 CT 分析
6.3 ＜方案二＞等圆区域 CT 分析
6.4 ＜方案三＞等椭圆区域CT 分析
6.5 裂隙扩展规律
6.6 纵向 CT 扫描图像分析
6.7 小结
第七章 双裂隙试件三轴压缩的裂纹扩展CT 试验研究
7.1 含36°双裂隙试件三轴压缩的 CT 试验
7.2 ＜方案一＞同心圆区域 CT 分析
7.3 ＜方案二＞等圆区域 CT 分析
7.4 ＜方案三＞等椭圆区域CT 分析
7.5 裂隙扩展规律
7.6 纵向 CT 扫描图像分析
7.7 小结
第八章 岩体的脆裂一弹性三维本构关系
8.1 引言
8.2 裂隙扩展形态的试验结果
8.3 裂隙岩体初始等效损伤柔度张量
8.4 裂隙岩体的损伤演化柔度张量
8.5 三维脆弹性岩体断裂损伤演化方程和增量本构方程
8.6 小结
第九章 工程应用－厦门暗挖海底隧道的开挖稳定性分析
9.1 工程概况
9.2 计算条件
9.3 计算结果与分析
9.4 小结
第十章 结语和展望
10.1 结语
10.2 展望
参考文献
博士在读期间的科研及发表论文情况
致谢
发布时间: 2006-12-27
参考文献
- [1].基于CT图像处理的冻结岩石细观结构及损伤力学特性研究[D]. 刘慧.西安科技大学2013
- [2].增压过程中土体孔隙变形的CT扫描实验研究[D]. 段扬.中国地质大学(北京)2017
- [3].混凝土损伤演化的CT研究及其在细观数值模拟中的应用[D]. 田威.西安理工大学2009
- [4].热解条件下煤孔隙裂隙演化的显微CT实验研究[D]. 孟巧荣.太原理工大学2011
- [5].基于CT图像的混凝土损伤演化及数值模拟研究[D]. 袁则循.中国矿业大学(北京)2016
- [6].数字混凝土CT建立方法及其在干缩微裂纹模拟中的应用[D]. 李曙光.清华大学2010
- [7].特殊岩性岩心实验分析新方法研究[D]. 周宇.中国科学院研究生院（渗流流体力学研究所）2011
相关论文
- [1].裂隙岩体渗流—损伤—断裂耦合理论及应用研究[D]. 赵延林.中南大学2009
- [2].混凝土损伤演化的CT研究及其在细观数值模拟中的应用[D]. 田威.西安理工大学2009
- [3].基于CT实时观测的水—岩力学耦合机理研究[D]. 崔中兴.西安理工大学2005
- [4].非饱和板岩细观试验与本构模型研究[D]. 戴永浩.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）2006