巖石是一種天然非均質(zhì)的各向異性的材料,其中含有許多裂隙和孔洞缺陷。這些裂隙或孔洞等缺陷受力后會(huì)導(dǎo)致裂紋孕育、萌生、擴(kuò)展、交匯貫通,最終導(dǎo)致巖石材料破壞。而在實(shí)際巖土工程中則會(huì)造成巖爆、滑坡、塌方等災(zāi)害。造成巖石材料破壞的主要因素是缺陷和裂紋不規(guī)則擴(kuò)展的相互作用。缺陷不僅只有尖銳的裂隙,也有其它弱介質(zhì)形態(tài)比如孔洞。然而現(xiàn)有的關(guān)于裂紋擴(kuò)展問(wèn)題的研究通常是裂紋尖端引起應(yīng)力集中所導(dǎo)致的,不適用于非均質(zhì)脆性材料中的裂紋擴(kuò)展。因此,對(duì)于含有孔洞巖石試樣破壞機(jī)制的研究是十分必要的,且具有一定工程意義。本文利用RFPA(Realistic Failure Process Analysis)3D數(shù)值試驗(yàn)分析系統(tǒng),對(duì)動(dòng)載下巖石圓環(huán)試樣、單孔巖石試樣、含多孔洞巖石試樣的破壞行為進(jìn)行了較為系統(tǒng)的數(shù)值模擬研究,主要分為以下幾個(gè)方面:(1)研究巖石圓環(huán)試樣內(nèi)外徑比值、沖擊荷載加載速率對(duì)試樣破壞模式的影響。研究結(jié)果表明,動(dòng)態(tài)加載情況下,巖石圓環(huán)試樣有三種破壞模式。一般情況下是對(duì)稱(chēng)的四扇形圓環(huán)破壞模式。當(dāng)加載速率較大時(shí),破壞模式會(huì)與靜載劈裂試驗(yàn)類(lèi)似,只有豎向的裂紋將試樣分成左右兩部分。當(dāng)圓環(huán)內(nèi)外徑比值較大時(shí),豎向的、橫向的裂紋條數(shù)增多,裂紋形態(tài)整體呈類(lèi)“井”字形狀。(2)將動(dòng)、靜加載下巖石圓環(huán)試樣破壞結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明,靜態(tài)加載的情況下不同內(nèi)外徑比值的試樣有不同的破壞模式。當(dāng)內(nèi)外徑比值小于0.3時(shí),試樣破壞形態(tài)與靜態(tài)加載下的圓盤(pán)劈裂試驗(yàn)類(lèi)似。當(dāng)內(nèi)外徑比值大于0.3時(shí),裂紋整體形態(tài)與動(dòng)載下破壞情況類(lèi)似,裂紋將試樣分成四部分。(3)研究孔洞半徑對(duì)單孔巖石試樣破壞的影響。結(jié)果表明,隨著孔洞半徑的減小,孔洞萌生的兩條剪切裂紋夾角逐漸增大。當(dāng)孔洞半徑減小到一定值后,巖石的非均勻性將作為主導(dǎo)因素影響孔洞巖石的裂紋擴(kuò)展模式。(4)研究沖擊荷載加載速率及峰值對(duì)單孔巖石試樣破壞的影響。研究結(jié)果表明,隨著沖擊荷載峰值的增大,孔洞周邊的初始裂紋形態(tài)由類(lèi)“一”型逐漸變?yōu)轭?lèi)“Y”型、類(lèi)“X”型。沖擊荷載的加載速率大時(shí),層裂集中分布在試樣右側(cè);隨著加載速率減小,層裂裂紋數(shù)量減少,且向試樣左側(cè)偏移。當(dāng)加載速率小于一定值時(shí),試樣僅有孔洞周?chē)霈F(xiàn)裂紋。此外,沖擊荷載的峰值越大,聲發(fā)射累計(jì)能量越多;沖擊荷載的加載速率越大,最終聲發(fā)射累計(jì)能量越少。(5)研究不同孔洞排列方式對(duì)含多孔洞巖石試樣破壞的影響。研究結(jié)果表明,當(dāng)相鄰圓孔圓心間距不變,改變傾角情況下試樣破壞形態(tài)主要可以分為三種:相鄰圓孔僅通過(guò)A類(lèi)裂紋連通;相鄰圓孔通過(guò)A、B類(lèi)裂紋連通;圓孔周邊裂紋沒(méi)有發(fā)生搭接。當(dāng)α=90°,孔洞間距L對(duì)試樣破壞的影響主要變現(xiàn)為L(zhǎng)增大,孔洞間相互作用減弱。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TU45
【部分圖文】：

圖 1.1 圓孔周邊裂紋類(lèi)型g.1.1 Types of fractures around circular open學(xué)者還研究了含孔洞巖石破壞機(jī)7]基于斷裂力學(xué)理論分析了含孔洞缺試驗(yàn)研究了預(yù)制圓形孔洞砂巖試樣

- 8 -圖 2.1 單元在單軸應(yīng)力狀態(tài)下的彈性損傷本構(gòu)關(guān)系Fig.2.1 Elastic damage constitutive law of element under uniax的單元本構(gòu)關(guān)系，當(dāng)細(xì)觀單元應(yīng)力達(dá)到給定的抗拉極傷參量滿(mǎn)足如下公式：

計(jì)算模型

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本文編號(hào)：2811187