含三维预置裂纹岩石破坏行为研究

论文摘要

岩石是一种本质上非均匀的材料，常常分布着大量的三维裂纹和孔隙等缺陷，在外部荷载的作用下，这些缺陷造成了岩体内裂纹的孕育、萌生、扩展和贯通，使得岩体刚度下降，强度降低，严重的甚至引发工程灾害，如岩石工程中的岩爆、塌方，水利工程中坝基岩块出现的“深部裂缝”等。因此，含裂纹岩体的开裂、扩展、贯通和破坏的机理一直是国际上研究的热点，开展含三维预置裂纹岩石结构破坏行为研究具有重要的学术和工程意义。本文主要基于数值模拟方法，采用RFPA3D软件对含不同角度、不同分布预置裂纹的大理石试样进行真三轴加载条件下的破坏行为研究，主要内容包括：（1）总结了国内外对三维裂纹开裂、扩展、贯通和破坏机理研究的新进展；（2）通过试验对模拟的岩石试样的基本力学参数进行了测定，并由此确定了三维加载条件下，数值模拟输入的基本材料力学参数；（3）研究了不同侧压作用下，三维裂纹开裂、扩展机制；（4）研究了不同角度三维单裂纹试样的破坏行为，得到裂纹倾角与岩石破坏强度的关系、不同倾角的破坏模式以及裂纹的扩展机理；（5）研究了含三维多裂纹试样裂纹开裂、扩展以及相互作用贯通机理，岩桥角与贯通模式的关系以及对破坏强度的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 岩石三维开裂的理论研究
• 1.2.2 岩石三维开裂的数值模拟研究
• 1.2.3 岩石三维开裂的实验研究
• 1.3 目前研究存在的不足
• 1.4 本文主要研究工作
• 第2章 数值模拟方法及数值模型
• 2.1 数值模拟方法
• 2.1.1 岩石本构关系
• 2.1.2 岩石细观统计损伤模型
• 2.1.3 RFPA 中基元的概念及相变
• 2.1.4 RFPA 软件系统
• 2.2 含缺陷试样模型特征
• 2.3 材料基本力学参数试验测定
• 2.3.1 试样材料
• 2.3.2 基本力学参数
• 2.4 数值模拟中材料力学参数
• 2.5 本章小结
• 第3章 不同三维侧压下三维裂纹岩石破坏行为
• 3.1 数值模拟模型
• 3.2 不同侧压比下的破坏分析
• 3.2.1 侧压比λ=σ2/σ3=1
• 3.2.2 侧压比λ=σ2/σ3=2
• 3.2.3 侧压比λ=σ2/σ3=3
• 3.3 中间主应力对破坏强度的影响
• 3.4 三维裂纹扩展规律
• 3.5 本章小结
• 第4章 含不同角度三维单裂纹岩石破坏行为
• 4.1 单双轴作用下二维裂纹扩展机制
• 4.2 裂纹角度对裂纹扩展的影响
• 4.3 裂纹角度对破坏强度的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 含三维多裂纹岩石破坏行为
• 5.1 双轴作用下多裂纹的扩展与贯通机制简述
• 5.2 岩桥角对双裂纹扩展及贯通机制的影响
• 5.3 岩桥角对三裂纹扩展及贯通机制的影响
• 5.4 岩桥角对破坏强度的影响
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果