本文關(guān)鍵詞：透明脆性巖石相似材料內(nèi)置三維裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 三維裂紋 巖石 環(huán)氧樹脂 貫通模式 力學(xué)特性

【摘要】：巖石是一種含有大量裂隙、孔洞等缺陷的非勻質(zhì)材料,這些缺陷在自然及人為因素作用下起裂、擴(kuò)展、相互貫通對巖體的破壞模式和力學(xué)特性產(chǎn)生重要影響,使得巖體強(qiáng)度降低,剛度變小,嚴(yán)重的甚至?xí)l(fā)工程地質(zhì)災(zāi)害,如巖爆、塌方、滑坡等。因此,研究含裂隙巖體的破壞機(jī)制問題一直是工程地質(zhì)界關(guān)注的熱點(diǎn)問題。在以往的研究中,大多將其簡化為平面應(yīng)力或平面應(yīng)變問題,但本質(zhì)上來說,無論是裂紋還是巖石本身都具有三維特性,簡化的研究方法將導(dǎo)致很多重要的三維裂紋擴(kuò)展信息丟失。所以,開展巖石類脆性材料中三維裂紋的擴(kuò)展、貫通機(jī)制的試驗(yàn)研究對巖體工程的設(shè)計、施工等具有深遠(yuǎn)的意義。在真實(shí)巖石材料中預(yù)制具有一定幾何分布規(guī)律的三維裂紋是十分困難的工作,國內(nèi)外學(xué)者通常采用相似材料來模擬巖石類脆性材料中三維裂紋的擴(kuò)展規(guī)律。相似材料首先要與巖石材料滿足一定的相似準(zhǔn)則,其次要便于試驗(yàn)時觀察裂紋在試樣內(nèi)部的擴(kuò)展演化過程。鑒于以上問題,本文采用環(huán)氧樹脂和松香制作試樣,橢圓形薄云母片作為預(yù)置裂隙,并在低溫冷凍條件下進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn),研究三維裂紋的擴(kuò)展、貫通規(guī)律,具體工作及主要成果如下:(1)研制出了脆性度良好的透明脆性巖石相似材料,在低溫下對材料進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn),材料的破壞與真實(shí)巖石一致的典型脆性劈裂破壞。(2)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康脑敿?xì)介紹含裂紋試樣的設(shè)計和制作工藝,對試驗(yàn)時涉及到的儀器設(shè)備進(jìn)行分析介紹,以便進(jìn)行試驗(yàn)操作和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集分析。(3)研究含三維單裂紋試樣在單軸壓縮條件下裂紋擴(kuò)展機(jī)制,分析裂紋傾角對裂紋起裂、擴(kuò)展模式及強(qiáng)度變化規(guī)律的影響。與單軸壓縮條件下二維單裂紋擴(kuò)展相比,三維裂紋的擴(kuò)展過程要復(fù)雜得多,一些次生裂紋,如花斑狀裂紋等僅在三維裂紋的擴(kuò)展中才能被觀測到。(4)研究含兩條三維平行裂紋試樣在單軸壓縮條件下裂紋擴(kuò)展、貫通機(jī)制,分析裂紋傾角、巖橋角對裂紋起裂、擴(kuò)展、貫通模式及強(qiáng)度變化規(guī)律的影響。(5)研究含三條三維平行裂紋試樣在單軸壓縮條件下裂紋擴(kuò)展、貫通機(jī)制,分析不同裂隙傾角,巖橋角下預(yù)制裂紋的擴(kuò)展、貫通模式及其強(qiáng)度變化規(guī)律,并分析對比其與相同布置條件下二維、三維裂紋擴(kuò)展演化過程的異同。
【關(guān)鍵詞】：三維裂紋 巖石 環(huán)氧樹脂 貫通模式 力學(xué)特性
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU45
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 緒論9-21
• 1.1 選題背景與研究意義9-12
• 1.1.1 理論背景10-12
• 1.1.2 研究意義12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.3 目前研究的不足17-18
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線18-21
• 1.4.1 本文主要研究內(nèi)容18-20
• 1.4.2 本文技術(shù)路線20-21
• 2. 裂紋擴(kuò)展理論及試驗(yàn)總體設(shè)計21-53
• 2.1 巖體中裂隙的分類與基本理論介紹21-26
• 2.1.1 按裂隙的賦存狀態(tài)分類21-22
• 2.1.2 按裂隙的力學(xué)成因分類22-24
• 2.1.3 利用應(yīng)力強(qiáng)度因子提出的斷裂判據(jù)24-25
• 2.1.4 J積分25-26
• 2.2 透明脆性巖石相似材料研制方法26-34
• 2.2.1 原材料選取28-31
• 2.2.2 試件制作過程31-33
• 2.2.3 相似材料配比研究33-34
• 2.2.4 制作過程及養(yǎng)護(hù)34
• 2.3 相似材料材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)34-39
• 2.3.1 試驗(yàn)加載裝置34-37
• 2.3.2 相似材料力學(xué)參數(shù)37-39
• 2.4 相似材料實(shí)用性分析39-42
• 2.4.1 相似材料與自然巖石的對比39-42
• 2.5 透明脆性相似材料在三維裂紋試驗(yàn)中的應(yīng)用42-50
• 2.5.1 預(yù)置三維裂隙幾何布置設(shè)計42-47
• 2.5.2 含裂隙試件的制作47-50
• 2.6 本章小結(jié)50-53
• 3 單條預(yù)置三維裂隙的裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)53-91
• 3.1 三維裂紋形態(tài)特征概述53-58
• 3.2 裂隙的幾何布置設(shè)計58-59
• 3.3 裂紋擴(kuò)展動態(tài)信息描述59-75
• 3.3.1 裂紋的起裂、擴(kuò)展與貫通59-72
• 3.3.2 裂紋起裂模式分析72-74
• 3.3.3 試樣破壞模式分析74-75
• 3.4 試樣力學(xué)特性分析75-81
• 3.4.1 不同裂隙傾角對試樣應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響75-76
• 3.4.2 不同裂隙傾角對樣峰值應(yīng)力應(yīng)變的影響76-78
• 3.4.3 不同裂隙傾角對裂紋起裂的影響78-81
• 3.5 與二維貫穿裂紋試驗(yàn)的對比81-84
• 3.6 與PMMA有機(jī)玻璃材料三維裂紋試驗(yàn)的對比84-87
• 3.7 與內(nèi)置三維裂隙CT掃描試驗(yàn)對比87-90
• 3.8 本章小結(jié)90-91
• 4 兩條平行預(yù)置三維裂隙裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)91-127
• 4.1 裂隙的幾何布置設(shè)計91-93
• 4.2 典型裂紋擴(kuò)展動態(tài)信息描述93-119
• 4.2.1 裂紋的起裂、連接與貫通93-114
• 4.2.2 裂紋起裂模式分析114-117
• 4.2.3 裂紋連接模式和試樣破壞模式117-119
• 4.3 試樣力學(xué)特性分析119-125
• 4.3.1 不同裂隙傾角和巖橋角對試樣應(yīng)力應(yīng)變曲線影響分析119-121
• 4.3.2 不同裂隙傾角和巖橋角對試樣峰值應(yīng)力影響分析121-122
• 4.3.3 不同裂隙傾角和巖橋角對試樣起裂強(qiáng)度分析122-125
• 4.4 本章小結(jié)125-127
• 5 三條平行預(yù)置三維裂隙裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)127-159
• 5.1 裂隙的幾何布置設(shè)計127-128
• 5.2 典型裂紋擴(kuò)展動態(tài)信息描述128-151
• 5.2.1 裂紋的起裂、連接與貫通128-146
• 5.2.2 裂紋起裂模式分析146-149
• 5.2.3 裂紋連接模式和試樣破壞模式149-151
• 5.3 試樣力學(xué)特性分析151-156
• 5.3.1 不同裂隙傾角和巖橋角對試樣應(yīng)力應(yīng)變曲線影響分析151-152
• 5.3.2 不同裂隙傾角和巖橋角對試樣峰值應(yīng)力影響分析152-154
• 5.3.3 不同裂隙傾角和巖橋角對試樣起裂強(qiáng)度分析154-156
• 5.4 與二維貫穿裂紋試驗(yàn)的對比156-157
• 5.5 本章小結(jié)157-159
• 6 結(jié)論與展望159-163
• 6.1 本文主要結(jié)論159-160
• 6.2 后續(xù)研究工作展望160-163
• 致謝163-165
• 參考文獻(xiàn)165-169

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本文編號：670770