本文關(guān)鍵詞：壓縮條件下巖石材料動(dòng)態(tài)斷裂行為的廣義粒子動(dòng)力學(xué)數(shù)值研究

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【摘要】：巖石是由一種或多種礦物所組成的固結(jié)或不固結(jié)的非均質(zhì)介質(zhì)。在外部荷載作用下,巖石內(nèi)部細(xì)觀裂紋萌生、發(fā)展、連接貫通,最終導(dǎo)致巖石斷裂。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果如應(yīng)力、應(yīng)變和破裂模式往往是累積破裂后的宏觀反映。而數(shù)值模擬方法則能夠從微觀裂紋和宏觀力學(xué)行為響應(yīng)兩方面對(duì)試件的破裂機(jī)理進(jìn)行分析,因而成為巖土工程領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。無(wú)網(wǎng)格粒子類(lèi)方法可以徹底或部分地消除有限元等數(shù)值模擬方法依賴(lài)的網(wǎng)格,在超大變形、動(dòng)態(tài)斷裂、沖擊荷載、材料裂變等問(wèn)題的數(shù)值模擬中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。本文采用廣義粒子動(dòng)力學(xué)法(General Particle Dynamics,GPD法)對(duì)長(zhǎng)方體巖石試樣在不同加載速度聯(lián)合圍壓作用下裂紋擴(kuò)展全過(guò)程仿真分析,研究工作主要有:(1)基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)中的質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒三個(gè)控制方程,編寫(xiě)適用于非均質(zhì)長(zhǎng)方體巖樣三維裂紋擴(kuò)展的GPD仿真程序,并開(kāi)發(fā)了配套的GPD粒子生成程序用于可視化建模和后處理程序用于數(shù)據(jù)成像分析。(2)對(duì)比了模型尺寸改變前后,中等應(yīng)變率下單軸壓縮長(zhǎng)方體巖石試樣力學(xué)特性,發(fā)現(xiàn)試件的形狀對(duì)破裂模式有著很重要的影響,而對(duì)起裂應(yīng)力及峰值應(yīng)力等力學(xué)參數(shù)影響較小。細(xì)長(zhǎng)的巖石試件裂紋沿著主應(yīng)力的方向產(chǎn)生,以劈裂的形式破壞。而比較短的巖石試件則出現(xiàn)了豎向裂紋與斜裂紋貫通破壞形式。(3)采用不同的加載速度對(duì)非均質(zhì)長(zhǎng)方體巖石試件仿真對(duì)比,結(jié)果表明巖石材料單軸動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度和應(yīng)變率的關(guān)系函數(shù)與試驗(yàn)獲得的經(jīng)驗(yàn)公式相符,峰值應(yīng)變隨應(yīng)變率增加提高幅度較大,而楊氏模量則增幅較小。在相同應(yīng)變率下,均質(zhì)性系數(shù)更高的試樣具有更高的抗壓強(qiáng)度和更大的峰值應(yīng)變。應(yīng)變速率的改變對(duì)破壞模式也影響很大,應(yīng)變速率越高,豎向裂紋條數(shù)越多,水平向裂紋擴(kuò)展速度也更快,導(dǎo)致高應(yīng)變率下試樣破裂成更小尺寸的塊狀。(4)設(shè)計(jì)了多種應(yīng)變速率及圍壓聯(lián)合作用的三軸仿真試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)巖石起裂應(yīng)力、起裂應(yīng)變及動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度、峰值應(yīng)變均隨著圍壓的增大而增大。將不同應(yīng)變率下動(dòng)態(tài)三軸抗壓強(qiáng)度隨圍壓變化規(guī)律統(tǒng)一用莫爾-庫(kù)侖公式來(lái)表示,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。研究了不同圍壓下,動(dòng)態(tài)三軸抗壓強(qiáng)度隨應(yīng)變率變化趨勢(shì),發(fā)現(xiàn)抗壓強(qiáng)度增幅隨圍壓增大而降低。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TU45

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