【摘要】：裂隙巖體是地下工程中常見的復(fù)雜的非均質(zhì)介質(zhì),在受外部應(yīng)力擾動的作用下,巖石中的微裂隙會逐漸擴(kuò)展和相互貫通,最后導(dǎo)致巖體結(jié)構(gòu)損傷斷裂和失穩(wěn)破壞,而裂隙水壓力對巖體變形和強(qiáng)度特征的影響也十分顯著。如今許多與巖體有關(guān)的大型工程都與裂隙水壓息息相關(guān),研究裂隙水壓對巖體裂隙始裂及擴(kuò)展的影響對解決地下工程安全問題有著十分重要的意義。目前,由于地下工程大多處于雙向受力狀態(tài),對于裂隙巖體雙向軸壓作用下的裂隙起裂和擴(kuò)展規(guī)律的研究是必不可少的。對于裂隙水壓和軸壓共同下的室內(nèi)試驗(yàn),試樣大多為三維內(nèi)置裂隙,且對于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察十分不便,本文采用水泥砂漿類巖材料制作的含二維和三維裂隙試件,進(jìn)行了在軸壓和多種裂隙水壓下裂紋擴(kuò)展的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究,并借助聲發(fā)射檢測技術(shù),研究壓縮過程中裂隙水壓對聲發(fā)射特征參數(shù)變化的影響。完成的相關(guān)工作和結(jié)論本如下:1、開展無水壓時(shí)預(yù)制裂隙的單軸和雙軸壓縮實(shí)驗(yàn),獲得相應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變曲線,分析裂紋起裂和擴(kuò)展模式,討論了裂隙傾角與數(shù)目以及側(cè)壓對裂紋起裂應(yīng)力和峰值強(qiáng)度的影響。單軸壓縮時(shí)裂隙起裂角在69°～72°之間,起裂應(yīng)力在峰值強(qiáng)度的40%～50%之間,裂隙始裂應(yīng)力和破壞強(qiáng)度隨著預(yù)制裂隙條數(shù)增加而減小,極限破壞強(qiáng)度隨著裂隙角度的逐漸增大呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢。雙軸壓縮時(shí)裂隙尖端的翼裂紋的起裂和擴(kuò)展受阻,試件最終破壞形式大多為沿次生裂紋發(fā)生的剪切破壞,且加側(cè)壓時(shí),雙裂隙之間裂紋貫通發(fā)生在裂隙面上而不是尖端。側(cè)壓越大,試件的起裂應(yīng)力和峰值強(qiáng)度得到的增強(qiáng)越大,裂隙傾角為45°時(shí)峰值強(qiáng)度增強(qiáng)尤為明顯。2、為開展了含二維裂隙的類巖石試件在水巖耦合作用下的裂紋擴(kuò)展機(jī)理研究工作,設(shè)計(jì)研發(fā)了一套研究水巖耦合作用的模具,該模具能夠有效防止裂隙水流出,從而保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。3、含二維裂隙試件在裂隙水壓和軸壓共同作用下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,裂隙水壓力降低了裂紋的始裂應(yīng)力和起裂角,水壓的存在使裂隙表面的正應(yīng)力減小,增大了裂隙面的有效剪切驅(qū)動力,促進(jìn)了裂紋的萌生和擴(kuò)展,使得試件的峰值強(qiáng)度有所降低,水壓越大時(shí),起裂應(yīng)力、起裂角和峰值強(qiáng)度越小,試件破壞主要為張拉破壞,裂紋形態(tài)以翼裂紋為主,且裂紋擴(kuò)展跡線隨水壓增大逐漸向軸壓方向靠近。4、開展預(yù)制三維內(nèi)置裂隙在不同裂隙水壓下壓縮實(shí)驗(yàn),結(jié)合聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)研究裂隙水壓對裂紋擴(kuò)展和聲發(fā)射特征參數(shù)變化的影響。裂隙水壓越大試件峰值強(qiáng)度越小,張拉作用產(chǎn)生的翼裂紋擴(kuò)展更為明顯。不同水壓下試樣的聲發(fā)射都經(jīng)歷了初始壓密區(qū)、上升區(qū)、峰值區(qū)和下降區(qū)四個(gè)階段,裂隙水壓的存在使壓密階段變長,且這一階段聲發(fā)射活動較為密集,聲發(fā)射事件率與聲發(fā)射能率在試件達(dá)到應(yīng)力峰值之前達(dá)到峰值,且水壓越大時(shí),聲發(fā)射活動達(dá)到的峰值較之之前時(shí)刻更為顯著,可作為巖石破壞前的征兆進(jìn)行預(yù)測。5、顆粒流PFC2D程序能很好地模擬含不同傾角和數(shù)目的裂隙試樣的壓縮破裂實(shí)驗(yàn),直觀的表現(xiàn)裂紋的起裂的擴(kuò)展過程。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU45

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2807117