在巖石工程中,巖石破裂的突發(fā)性和不可預(yù)測性常會帶來嚴重的人員傷亡以及經(jīng)濟損失。造成巖石破裂的主要因素是裂紋的擴展和連接,而巖石中的裂紋通常又都是非穿透型的。因此,研究非穿透裂紋在巖石材料中擴展及貫穿規(guī)律并建立破裂失效判據(jù)對于揭示巖石破裂過程的宏觀非線性力學(xué)行為以及解釋因裂紋擴展和貫穿而導(dǎo)致的相關(guān)工程現(xiàn)象都具有重要的理論意義和工程價值。本論文主要是對非穿透裂紋擴展和連接導(dǎo)致巖石破裂的過程進行研究,分析巖石中非穿透裂紋的擴展和連接的形態(tài)特征,建立非穿透裂紋誘導(dǎo)巖石破裂的失效判據(jù),并模擬節(jié)理巖石中裂紋擴展和連接的過程以及節(jié)理巖石高邊坡滑坡。本文的研究成果如下:(1)基于線彈性斷裂理論對單條非穿透裂紋在單軸壓縮作用下裂紋前緣的應(yīng)力場進行了分析,給出了非穿透裂紋擴展的臨界條件,并討論了三維破裂張拉應(yīng)力判據(jù)的臨界曲面和曲面方程。利用反比例函數(shù),給出了(非)穿透裂紋誘導(dǎo)產(chǎn)生的翼裂紋在試樣表面擴展的路徑方程。(2)試驗觀測到兩類相似的翼裂紋以及四類連接裂紋,從試樣表面來看非穿透裂紋和穿透裂紋的擴展和連接形態(tài)是相似的;在試樣內(nèi)部,非穿透裂紋間的連接還包括花瓣裂紋(petal crack)。翼裂紋的擴展曲面...

【文章頁數(shù)】：142 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀
        1.2.1 巖石破裂理論
        1.2.2 非穿透裂紋的擴展和連接實驗
        1.2.3 巖石破裂過程模擬
    1.3 本文研究內(nèi)容與研究方法
第二章 巖石材料中非穿透裂紋的擴展判據(jù)
    2.1 非穿透裂紋前緣的三維應(yīng)力分析
        2.1.1 主應(yīng)力與剪應(yīng)力極值
        2.1.2 非穿透裂紋前緣應(yīng)力場分析
    2.2 非穿透裂紋擴展判據(jù)
        2.2.1 擴展臨界條件
        2.2.2 破裂臨界曲面
        2.2.3 擴展路徑
    2.3 本章小結(jié)
第三章 非穿透裂紋擴展和連接特性的實驗研究
    3.1 試樣及試驗方案
        3.1.1 試樣的選擇
        3.1.2 試樣的尺寸
        3.1.3 試驗方案
    3.2 非穿透裂紋的擴展和連接形態(tài)分析
        3.2.1 試樣表面的裂紋形態(tài)
        3.2.2 翼裂紋和次生裂紋
        3.2.3 裂紋連接形態(tài)
    3.3 裂紋初始方位對裂紋擴展和連接形態(tài)的影響
    3.4 本章小結(jié)
第四章 非穿透裂紋的擴展和連接對試樣強度及軟化行為的影響
    4.1 預(yù)制裂紋深度比和間距對試樣極限荷載的影響
        4.1.1 裂紋深度比為1/3
        4.1.2 裂紋深度比為2/3
        4.1.3 裂紋深度比為1
    4.2 裂紋初始方位對試樣極限荷載的影響
    4.3 裂紋擴展對試樣軟化行為的影響
    4.4 本章小結(jié)
第五章 非穿透裂紋誘導(dǎo)巖石破裂的失效準則
    5.1 破壞形態(tài)及其控制因素
    5.2 巖石破裂的失效狀態(tài)
    5.3 巖石破裂的失效準則
    5.4 本章小結(jié)
第六章 節(jié)理巖石高邊坡階梯狀破裂的模擬實驗研究
    6.1 節(jié)理巖石階梯狀破裂問題的描述及其研究方法
        6.1.1 節(jié)理巖石中的裂紋分布
        6.1.2 代表性體元及力的分解
        6.1.3 試樣選擇及試驗方案
    6.2 階梯狀破裂過程中的裂紋擴展和連接形態(tài)
        6.2.1 單條裂紋誘導(dǎo)的破裂
        6.2.2 相近雙裂紋誘導(dǎo)的破裂
        6.2.3 相近三條裂紋誘導(dǎo)的破裂
    6.3 階梯狀破裂過程對試樣軟化行為的影響
    6.4 階梯狀破裂過程中試樣的極限荷載
    6.5 階梯狀破裂導(dǎo)致高邊坡滑坡的穩(wěn)定性分析
    6.6 本章小結(jié)
第七章 節(jié)理巖石高邊坡階梯狀破裂過程的數(shù)值模擬
    7.1 巖石破裂過程的模擬方法
        7.1.1 本構(gòu)模型與失效準則
        7.1.2 巖石破裂過程數(shù)值分析實施方法
    7.2 節(jié)理巖石中裂紋擴展和連接的數(shù)值模擬
        7.2.1 模擬結(jié)果與實驗結(jié)果中裂紋擴展形態(tài)的對比
        7.2.2 模擬結(jié)果與實驗結(jié)果中荷載位移曲線的對比
    7.3 節(jié)理巖石高邊坡滑坡的模擬
    7.4 本章小結(jié)
第八章 結(jié)論與展望
    8.1 本文主要完成的工作和結(jié)論
    8.2 本文創(chuàng)新點和應(yīng)用價值
    8.3 前景和展望
參考文獻
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文
致謝



本文編號：4020582