【摘要】：裂隙巖體在復(fù)雜的應(yīng)力條件下,其內(nèi)部損傷以及損傷演化過程對工程巖體強(qiáng)度、穩(wěn)定性以及滲流等方面的影響一直是巖石力學(xué)與巖石工程中研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)。為了研究分析裂隙巖體在復(fù)雜應(yīng)力作用下的損傷以及損傷演變過程對裂隙巖體的宏觀力學(xué)行為的影響,綜合巖石斷裂力學(xué)、損傷力學(xué)以及數(shù)值模擬理論對其進(jìn)行了初步研究。基于斷裂力學(xué)理論,研究壓剪、拉剪應(yīng)力作用下裂隙巖體內(nèi)部原生裂紋起裂準(zhǔn)則、起裂方位和翼裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則,探討巖石巖橋強(qiáng)度、裂紋面內(nèi)摩擦系數(shù)、粘結(jié)力、巖石內(nèi)摩擦系數(shù)、生裂紋間距、巖橋角、裂紋方位角等對裂紋貫通模式的影響機(jī)理。結(jié)合斷裂力學(xué)理論與Betti能量互等定理,運(yùn)用疊加理論與體積平均等效假設(shè),建立含有多組原生裂紋的裂隙巖體的損傷本構(gòu)方程,研究荷載作用下裂隙巖石內(nèi)部的翼裂紋擴(kuò)展長度和原生裂紋數(shù)量的改變規(guī)律,揭示裂隙巖體動態(tài)損傷演變機(jī)制。根據(jù)模型計算出裂隙巖體復(fù)雜應(yīng)力作用下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線,通過對已有實(shí)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析,表明該損傷以及損傷演化本構(gòu)模型較為準(zhǔn)確地反映了孔隙裂隙巖石的物理響應(yīng)特征,對分析裂隙巖體損傷演化過程中的力學(xué)性質(zhì)具有一定參考作用。由于裂隙巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,很難從物理本質(zhì)上研究其動力響應(yīng)特性�；赥PHM模型,從巖石物理學(xué)角度研究了孔隙裂隙對巖石的彈性性質(zhì)和縱橫波速度的影響,建立了孔隙裂隙巖石介質(zhì)的TPHM波動方程,通過對已有實(shí)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析,表明該方程較為準(zhǔn)確地反映了孔隙裂隙介質(zhì)動力響應(yīng)特征,本質(zhì)上考慮了巖石孔隙裂隙對巖石宏觀物理性質(zhì)的影響,反映了波傳遞過程中孔隙裂隙介質(zhì)的非線性彈性行為。在國家自然科學(xué)基金面上項目(項目批準(zhǔn)號:51374257)、教育部新世紀(jì)人才計劃項目(項目批準(zhǔn)號:NCET-09-0844)資助下進(jìn)行本論文的研究工作。
[Abstract]:Under the complex stress condition, the internal damage and the influence of the damage evolution process on the strength, stability and seepage flow of the fractured rock mass are always the key and difficult points in the research of rock mechanics and rock engineering. In order to study and analyze the damage of fractured rock mass under complex stress and the influence of damage evolution process on macroscopic mechanical behavior of fractured rock mass, the fracture mechanics, damage mechanics and numerical simulation theory of fractured rock mass are studied in this paper. Based on the theory of fracture mechanics, the primary crack initiation criterion, initiation direction and wing crack propagation criterion of fractured rock mass under compressive shear and tensile shear stress are studied. The strength of rock bridge, the friction coefficient in crack plane, the adhesion force are discussed. The influence mechanism of rock internal friction coefficient, crack spacing, rock bridge angle and crack azimuth on crack through-through mode. Combined with the theory of fracture mechanics and Betti's energy reciprocal theorem, the damage constitutive equation of fractured rock mass with multiple primary cracks is established by using superposition theory and volume average equivalent hypothesis. The dynamic damage evolution mechanism of fractured rock mass is revealed by studying the variation of crack propagation length and the number of primary cracks in fractured rock under loading. According to the model, the stress-strain relationship curve of fractured rock mass under complex stress is calculated, and the existing experimental data are fitted and analyzed. It is shown that the damage and damage evolution constitutive model can accurately reflect the physical response characteristics of porous fractured rock, and it is useful for the analysis of mechanical properties of fractured rock mass in the process of damage evolution. Because of the complexity of internal structure of fractured rock mass, it is difficult to study its dynamic response from the physical essence. Based on the TPHM model, the influence of pore fractures on the elastic properties and longitudinal and shear wave velocities of rocks is studied from the point of view of rock physics. The TPHM wave equation of porous fractured rock media is established, and the existing experimental data are fitted and analyzed. It is shown that the equation accurately reflects the dynamic response characteristics of porous and fractured media. In essence, the influence of pore fractures on the macroscopic physical properties of rock is considered, and the nonlinear elastic behavior of porous media in the process of wave transfer is reflected. The research work of this paper is supported by the project of the National Natural Science Foundation (Project Grant No.: 51374257) and the Project of the Ministry of Education's New Century Talent Program (Project approval No.: NCET-09-0844).
【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】：2015
【分類號】：TU45

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本文編號：2201438