【摘要】：巖石力學與工程問題本身就是三維的力學問題。由于巖石、混凝土等非均質(zhì)材料中含有大量不同類型和空間幾何分布的顆粒構(gòu)造以及裂紋、孔洞等缺陷,具有復雜的內(nèi)部細觀結(jié)構(gòu),且各種細觀介質(zhì)的力學特性和缺陷構(gòu)造對其破裂機制有重要影響,使得巖石、混凝土等材料的破裂過程分析成為一個非平衡、非線性的空間三維力學問題。然而,由于數(shù)學理論上的復雜性、實驗室試驗和現(xiàn)場觀測試驗條件和技術(shù)的限制,都給巖石三維破裂過程的研究帶來很大的困難,數(shù)值模擬成為解決這些問題的強有力工具之一。數(shù)值模型的建立是數(shù)值模擬計算過程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié),因此,盡可能運用一種能有效表征巖石類材料內(nèi)部不同細觀介質(zhì)的形態(tài)構(gòu)造的方法,建立基于材料真實細觀結(jié)構(gòu)的三維數(shù)值模型,能更直觀、更全面且更符合實際地研究巖石類材料的力學性能。本文以花崗巖、混凝土為研究對象,應用數(shù)字圖像處理技術(shù)表征材料內(nèi)部的顆粒構(gòu)造、孔洞及裂紋等復雜細觀結(jié)構(gòu),結(jié)合RFPA~(2D)-DIP軟件建立二維數(shù)值模型并進行數(shù)值模擬。借助先進的CT掃描技術(shù)獲取混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐層切片圖像,在建立二維數(shù)值模型方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合RFPA3D-DIP軟件首次建立了含預制孔洞、裂紋等缺陷的混凝土三維數(shù)值模型,并模擬了混凝土單軸壓縮實驗,將數(shù)值試驗結(jié)果與物理實驗結(jié)果進行了對比分析。主要研究工作如下:1、分析花崗巖、混凝土材料數(shù)字圖像中含有的顆粒構(gòu)造及缺陷等復雜的結(jié)構(gòu)在顏色空間中的特征,利用數(shù)字圖像處理技術(shù)中的圖像識別和圖像分割等方法,對材料內(nèi)的細觀結(jié)構(gòu)進行數(shù)字圖像表征。2、在材料細觀結(jié)構(gòu)表征的基礎(chǔ)上,結(jié)合RFPA~(2D)-DIP程序分別建立了花崗巖、混凝土二維數(shù)值模型,并進行了數(shù)值模擬試驗,分析了顆粒形態(tài)構(gòu)造和孔洞、裂紋等缺陷對材料破裂力學特性的影響。3、利用CT掃描技術(shù)獲取含預制裂紋、孔洞等缺陷的混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐層切片圖像,在基于材料細觀結(jié)構(gòu)表征的基礎(chǔ)上,將每層圖像結(jié)構(gòu)表征信息拉伸一定距離形成單層三維模型數(shù)據(jù),采用數(shù)據(jù)逐層疊加的方法建立含缺陷混凝土的三維結(jié)構(gòu)模型。4、將建立的混凝土三維結(jié)構(gòu)模型與RFPA3D-DIP結(jié)合,建立能反映材料真實細觀結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型并進行了模擬計算,分析單軸壓縮條件下骨料顆粒及缺陷對其破裂過程的影響。將數(shù)值計算結(jié)果與物理實驗結(jié)果進行對照,從試件表面的裂紋位置及破裂模式等方面進行對比驗證,兩者具有較好的一致性;利用RFPA3D特有的模型切割功能對模型進行切片,分析模型內(nèi)部的裂紋擴展特征。通過對花崗巖、混凝土等非均質(zhì)材料結(jié)構(gòu)模型重建方法的研究,結(jié)合數(shù)值軟件建立了基于材料真實細觀結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型并進行了數(shù)值試驗,將數(shù)值試驗結(jié)果與物理實驗結(jié)果進行對比驗證,所得研究結(jié)論對深入研究巖石、花崗巖等材料的力學特性和破裂機制具有重要理論意義和實際應用價值。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：貴州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU45

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本文編號：2443087