【摘要】：隨著國內(nèi)外越來越多巖體工程的興起,關(guān)于巖土工程的地質(zhì)災(zāi)難也時(shí)有發(fā)生,無論是巖爆、塌方,還是滑坡、變形,都已經(jīng)嚴(yán)重地威脅到了人民群眾的生命及財(cái)產(chǎn)安全。巖石是一類經(jīng)歷漫長地質(zhì)活動(dòng)而生成且含有缺陷的復(fù)雜物質(zhì),是典型準(zhǔn)脆性工程材料,呈現(xiàn)非均質(zhì)性、不連續(xù)性。正因?yàn)閹r石復(fù)雜的力學(xué)性質(zhì),造就了巖石的破壞過程是不平衡、非線性的復(fù)雜演化過程。因此,研究不同巖石材料的本構(gòu)關(guān)系,評(píng)估巖體工程安全穩(wěn)定的狀態(tài),分析巖土工程積極合理的支護(hù)措施,具有十分顯著的理論意義以及卓越的工程價(jià)值。(1)分析了國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于巖石應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^程曲線數(shù)值模擬的研究,選取虛擬內(nèi)連接鍵模型為本文研究巖石本構(gòu)關(guān)系的理論基礎(chǔ),對(duì)虛內(nèi)鍵模型的理論背景、基本思想、函數(shù)方程及其應(yīng)用等方面進(jìn)行了介紹。(2)按照自然界中巖石成因的不同,選取有代表性的巖石——沉積巖中的紅砂巖和變質(zhì)巖中的大理巖作為為試驗(yàn)樣本。參照國際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)(ISRM)的要求,制取滿足要求的巖石試樣。基于不同荷載的作用下,對(duì)不同種類的巖石樣本分別進(jìn)行了單軸、三軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。研究不同圍壓對(duì)巖石本構(gòu)關(guān)系的影響時(shí),引入了非均質(zhì)系數(shù)β,研究表明β對(duì)巖石材料的本構(gòu)關(guān)系有顯著的影響。(3)基于虛內(nèi)鍵模型,實(shí)現(xiàn)有限元數(shù)值模擬的理論推演;借助Fortran軟件編程,實(shí)現(xiàn)數(shù)值模型的計(jì)算;再用Matlab軟件后期處理,構(gòu)建出一個(gè)基于虛內(nèi)鍵模型的多尺度數(shù)值模擬平臺(tái),最終得到在不同工況荷載作用下,不同巖石材料的二維及三維應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^程曲線圖,將基于虛內(nèi)鍵模型數(shù)值模擬所獲取的巖石全過程應(yīng)力-應(yīng)變曲線與運(yùn)用MTS-150B巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以及MTS815.03電伺服巖石力學(xué)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行物理試驗(yàn)所得的巖石應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^程曲線進(jìn)行分析對(duì)比,證明了應(yīng)用虛內(nèi)鍵模型研究巖石本構(gòu)關(guān)系的有效性。通過虛內(nèi)鍵模型對(duì)巖石材料進(jìn)行數(shù)值模擬分析,使虛內(nèi)鍵模型的用途范圍得以擴(kuò)展,為研究巖石本構(gòu)關(guān)系提供了一種新思路,并深化了對(duì)巖石本構(gòu)關(guān)系的認(rèn)識(shí),對(duì)研究巖石力學(xué)工程發(fā)揮著顯著的理論與現(xiàn)實(shí)意義。
[Abstract]:With the rise of more and more rock mass engineering at home and abroad, geological disasters about geotechnical engineering occur from time to time. No matter it is rock burst, landslide, landslide or deformation, it has seriously threatened the safety of people's life and property. Rock is a kind of complex material formed by long geological activities and containing defects. It is a typical quasi-brittle engineering material with heterogeneity and discontinuity. It is precisely because of the complex mechanical properties of rock that the failure process of rock is an unbalanced and nonlinear complex evolution process. Therefore, the constitutive relations of different rock materials are studied, the safety and stability of rock mass engineering are evaluated, and the active and reasonable supporting measures of geotechnical engineering are analyzed. It is of great theoretical significance and outstanding engineering value. (1) the research on the stress-strain whole process curve numerical simulation of rock by domestic and foreign scholars is analyzed. The virtual internal bond model is selected as the theoretical basis for studying the constitutive relation of rock, and the theoretical background and basic idea of the virtual internal bond model are discussed. The function equation and its application are introduced. (2) according to the difference of rock genesis in nature, red sandstone in sedimentary rock and marble in metamorphic rock are selected as test samples. According to the requirements of the International Society of Rock Mechanics (ISRM), rock samples that meet the requirements are obtained. Uniaxial and triaxial compressive strength tests were carried out on different rock samples under different loads. When studying the influence of different confining pressures on the constitutive relation of rock, the heterogeneity coefficient 尾 is introduced. The results show that 尾 has a significant influence on the constitutive relation of rock material. (3) based on the virtual internal bond model, the theoretical deduction of finite element numerical simulation is realized. With the help of Fortran software, the numerical model can be calculated. A multi-scale numerical simulation platform based on virtual internal bond model is constructed by Matlab software. Finally, the two-dimensional and three-dimensional stress-strain curves of different rock materials under different loading conditions are obtained. The stress-strain curve obtained by numerical simulation based on virtual internal bond model and the rock stress obtained by using MTS-150B rock mechanics experimental system and MTS815.03 electric servo rock mechanics testing machine were studied. -the whole strain process curve is analyzed and compared, It is proved that the virtual internal bond model is effective in studying the constitutive relation of rock. The virtual internal bond model is used to simulate and analyze the rock materials, which expands the scope of application of the virtual internal bond model, and provides a new way to study the constitutive relationship of rock, and deepens the understanding of the constitutive relation of rock. It is of great theoretical and practical significance for the study of rock mechanics engineering.
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU45

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本文編號(hào)：2371930