【摘要】：巖石作為一種天然材料,其內(nèi)部存在著很多的節(jié)理、片理、層理及裂紋等,是一種典型的非均勻、不連續(xù)、各向異性的材料。工程中巖石的破壞與失穩(wěn)主要由細(xì)觀裂紋的起裂、擴(kuò)展、貫通引起。因此,巖石中裂紋的起裂特性一直是巖石工程中的一個研究熱點,并且已經(jīng)取得了豐碩的成果。本文基于傳統(tǒng)斷裂力學(xué)中裂紋尖端應(yīng)力場方程的基礎(chǔ)上,通過考慮Williams展開式中的非奇異應(yīng)力項,重新建立了裂紋尖端斷裂準(zhǔn)則,分析了不同遠(yuǎn)場載荷作用下裂紋起裂特性以及雙軸壓縮作用下的巖石裂紋水力壓裂規(guī)律,并且基于數(shù)值模擬的方法研究了預(yù)置雙裂紋的貫通機(jī)制。得出以下結(jié)論：(1)在遠(yuǎn)場拉-壓應(yīng)力組合下,考慮非奇異項的修正理論相比不考慮非奇異項的傳統(tǒng)理論計算出的起裂角與實驗結(jié)果吻合良好。裂紋表面正應(yīng)力將出現(xiàn)拉壓轉(zhuǎn)換,隨著側(cè)壓系數(shù)|k|和摩擦系數(shù)μ的增大,轉(zhuǎn)換臨界角增大。起裂角隨著裂紋傾角β的增加而減小,裂紋表面為壓應(yīng)力時的減小程度要比裂紋表面為拉應(yīng)力時小。裂紋表面為壓時,裂紋起裂角隨著摩擦系數(shù)μ的增大而增大。在遠(yuǎn)場壓-壓應(yīng)力組合下,本文修正理論計算的起裂角隨著裂紋傾角β的增加而增大。隨著摩擦系數(shù)μ側(cè)壓系數(shù)κ、無量綱系數(shù)α的增加,裂紋傾角β較小和較大的區(qū)域,裂紋尖端的奇異性消失。(2)運用最大周向拉應(yīng)變理論,建立了巖石裂紋水力壓裂的開裂判據(jù),計算了裂紋起裂的臨界水壓和臨界偏轉(zhuǎn)角。隨著圍壓、臨界裂紋區(qū)r,以及泊松比v的增加,起裂臨界水壓增大,臨界偏轉(zhuǎn)角逐漸減小。當(dāng)水壓高于巖石破裂所需的臨界水壓,起裂偏轉(zhuǎn)角將隨著水壓的提高逐漸減小,最后趨于沿著裂紋原有的方向擴(kuò)展�？紤]T應(yīng)力(非奇異應(yīng)力項)的修正理論比不考慮T應(yīng)力的傳統(tǒng)理論計算出的臨界水壓、臨界偏轉(zhuǎn)角都要小。(3)采用RFPA2D對預(yù)置雙裂紋斷裂特征進(jìn)行研究,觀察得到四種情況下的擴(kuò)展與貫通軌跡,分別闡述了翼型裂紋和次生裂紋的形成和擴(kuò)展機(jī)制。定義了三種類型的貫通模式,并且從強(qiáng)度和能量角度進(jìn)行了論述。從聲發(fā)射試驗可以看出宏觀裂紋的擴(kuò)展是細(xì)觀單元損傷累計的結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU45

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本文編號：2535819