损伤引起岩石剪切破坏的数值模拟研究

论文摘要

材料的损伤和断裂过程的研究一直是力学界研究的热点和难点。岩石类固体材料的破坏是一种累积损伤过程,且剪切破坏是岩石材料在压缩状态下脆性破坏的一种主要破坏形式。剪切破坏的机理是:当材料进入塑性变形阶段或应变软化变形阶段时,材料的变形就会强烈集中在一小部分区域或带上,形成变形局部化剪切带,从而导致材料剪切破坏。对单轴压缩试验、纯剪切试验进行了数值模拟得出:不论是岩石试件单轴压缩或纯剪切模拟,随着步长(外部载荷)的增加,试件将产生应力应变集中(局部化)现象,并且一般都发生在剪力两侧端点,且在应力应变集中区域最先出现损伤区域。对于单轴压缩试件,损伤区域都将呈交叉状,最终形成贯通试件的斜45状的剪切破坏带,随着剪切带形成,试件失稳破坏。对于纯剪切试件,不论是材料均质或非均质,试件最终将产生一滑动剪切带,并首先在试样一端(应力集中区)出现.然后再形成由一端及里的扩展直至另一端的剪切破坏带。最后产生剪断面破坏贯通,形成统一的滑动面。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究目的及研究意义
• 1.2 损伤力学相关领域国内外研究状况
• 1.2.1 国外研究状况
• 1.2.2 国内研究状况
• 1.3 岩石材料强度理论的国内外研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 损伤力学的基本方法和岩石损伤模型研究
• 2.1 损伤力学的基本方法
• 2.1.1 损伤变量
• 2.1.2 损伤演化方程
• 2.1.3 等效性假设
• 2.1.4 岩石损伤现象和损伤机制
• 2.2 岩石损伤模型概述
• 2.2.1 Loland 模型
• 2.2.2 Marzars 模型
• 2.2.3 分段线性损伤模型
• 2.2.4 分段曲线损伤模型
• 2.3 本章小结
• 3 常用强度准则的讨论及岩石材料的断裂机理
• 3.1 岩石强度准则
• 3.1.1 Mohr-Coulomb 强度准则及其讨论
• 3.1.2 Hoek-Brown 经验强度准则及其讨论
• 3.2 岩石材料断裂机理
• 3.2.1 岩石材料的宏观断裂机理
• 3.2.2 岩石材料的微观断裂机理
• 3.2.3 不同受力条件下材料的断裂形式
• 3.3 本章小结
• 4 有限元自动生成程序系统 FEPG 简介
• 4.1 FEPG 系统介绍
• 4.1.1 元件化思想
• 4.1.2 有限元程序自动生成原理
• 4.1.3 应用 FEPG 进行有限元计算的一般过程
• 4.1.4 FEPG 系统的特点
• 4.2 基于 FEPG 的岩石损伤、剪破坏理论
• 4.2.1 弹性全量分级加载算法
• 4.2.2 损伤引起的剪破坏判据
• 4.2.3 损伤引起剪破坏的要点
• 4.3 本章小结
• 5 岩石损伤引起剪切破坏的数值模拟与分析
• 5.1 岩石试件单轴压缩模型的数值模拟与分析
• 5.1.1 岩石试件单轴压缩模型的建立及加载设计
• 5.1.2 模型的破坏过程及分析
• 5.1.3 岩石单轴压缩材料均质性模拟分析
• 5.2 岩石试件纯剪切模型的数值模拟与分析
• 5.2.1 岩石试件纯剪切模型的建立及加载设计
• 5.2.2 材料非均质性模拟结果及分析
• 5.2.3 材料均质性数值模拟结果
• 5.2.4 试验结果分析
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 主要研究工作与结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已发表的学术论文