【摘要】：工程的建設(shè)首先要進(jìn)行開挖,開挖實際上是一個復(fù)雜的加、卸載過程。近年來對巖體加卸荷宏觀力學(xué)特性、變形特征、本構(gòu)方程以及破裂機(jī)理已采用多種方法進(jìn)行了大量的研究,取得了令人滿意的結(jié)果。但從細(xì)觀角度研究巖體加卸荷的破裂機(jī)理方面才剛剛起步。因此、本文先通過相似材料(砂漿)模擬脆性砂巖,以室內(nèi)單軸壓縮試驗標(biāo)定PFC2D細(xì)觀參數(shù)為基礎(chǔ),通過自編FISH函數(shù)完成數(shù)值模型的預(yù)制裂隙,通過自編程序?qū)崿F(xiàn)試樣加卸載數(shù)值模擬試驗。在宏觀上對模擬的力學(xué)特性、變形特征等展開分析,在細(xì)觀上從微裂紋擴(kuò)展、細(xì)觀力場、位移場、能量場等展開分析,并從破裂時間、破裂模式、破裂機(jī)理等方面對模擬加卸載試驗進(jìn)行了一定的對比分析。為認(rèn)識加卸荷條件下的巖體失穩(wěn)破裂宏細(xì)觀機(jī)理提供一定的依據(jù)。通過本文的以上研究工作,得到了一些有益的結(jié)論,主要取得以下初步研究成果。1.PFC細(xì)觀與宏觀聯(lián)系方面:在外力作用下促使試件內(nèi)部顆粒運(yùn)動、顆粒運(yùn)動致使顆粒間接觸力大于平行粘結(jié)強(qiáng)度,平行粘結(jié)斷裂產(chǎn)生微裂紋,微裂紋產(chǎn)生擴(kuò)展又使得應(yīng)力隨應(yīng)變發(fā)生變化。具體來說,當(dāng)微裂紋數(shù)目曲線發(fā)生一次較顯著的上升時,應(yīng)力-應(yīng)變曲線就對應(yīng)一次較顯著的跌落;2.基于PFC能量方面:不同應(yīng)力路徑、不同傾角裂隙試樣的細(xì)觀能量消耗規(guī)律基本相似,但量值上有明顯的區(qū)別,顯然雙軸壓縮時試件吸收的能量(邊界功)最多,也造成雙軸壓縮時相應(yīng)的其他能量也較多。筆者通過對不同應(yīng)力路徑和不同傾角裂隙之間能量對比發(fā)現(xiàn),總應(yīng)變能-應(yīng)變曲線與應(yīng)力-應(yīng)變曲線保持高度的吻合性,由于摩擦能主要有顆粒間斷裂后滑動產(chǎn)生的,故摩擦能與裂紋數(shù)目保持高度的吻合性;3.基于PFC模擬卸荷破裂機(jī)理方面:通過對比雙軸壓縮時和卸荷時剪切裂紋與張拉裂紋的比值發(fā)現(xiàn),突然卸荷時試件內(nèi)剪切裂紋與張拉裂紋比值極具下降到某值,即突然產(chǎn)生大量張拉裂紋,發(fā)生拉伸破壞、之后剪切裂紋與張拉裂紋比值穩(wěn)定于某值,即試件發(fā)生拉剪組合破壞。
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU45
【圖文】：

安徽理工大學(xué)碩士學(xué)位論文它從細(xì)觀結(jié)構(gòu)角度研究介質(zhì)的力學(xué)特性和行為，試圖從去細(xì)觀角度揭示物質(zhì)。確定細(xì)觀參數(shù)后建立合適的數(shù)值模型，再配置性能較好的電腦，就可能克述所述的問題。本文主要基于顆粒流 PFC2D 數(shù)值模擬軟件進(jìn)行加卸荷數(shù)值模驗，從宏細(xì)觀角度分析裂隙巖體加卸荷破裂特征。.2 裂隙巖體加卸荷國內(nèi)外研究現(xiàn)狀巖體工程涉及到的范圍較為寬廣，無論是地面工程還是地下工程都會產(chǎn)生形式的加卸荷過程。就拿地下隧洞開挖而言，隧洞開挖將產(chǎn)生卸荷，卸荷的導(dǎo)致應(yīng)力場的二次分布，二次應(yīng)力場在其切向主要表現(xiàn)為加載，而徑向表現(xiàn)載，即加載與卸載兩種應(yīng)力路勁同時存在于一個巖體工程中[3-4]。如圖 1 所示（形洞室為例）。

技術(shù)路線圖

圖 3 裂隙試件鉆取示意圖 圖 4 裂隙試件制作示意圖Fig. 3 Rigid specimen drilling schematic Fig.4 crack specimen production diagram鉆取后預(yù)制裂隙位于試件中心，此時試件尺寸為 50mm×150mm。接下來對進(jìn)行切割打磨。打磨是試件成型的最后一道工序要嚴(yán)格把關(guān)，試件上下兩端平行，不平整度最大偏差不超過 0.05mm。為了使預(yù)制裂隙位于試件上下中打磨之前用尺子、筆刻畫好刻度。制作完畢試件直徑為 50mm 高為 100mm準(zhǔn)巖石試塊（如圖 6），試件具體物理幾何參數(shù)見表 1。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 蔣明鏡;張寧;申志福;陳賀;;含裂隙巖體單軸壓縮裂紋擴(kuò)展機(jī)制離散元分析[J];巖土力學(xué);2015年11期

2 禹敏;栗繼祖;;巖體側(cè)向卸載變形破裂PFC~(2D)數(shù)值模擬[J];煤礦安全;2015年06期

3 張國凱;李海波;夏祥;李俊如;于崇;劉景森;;巖石單軸壓縮下能量與損傷演化規(guī)律研究[J];巖土力學(xué);2015年S1期

4 唐謙;李云安;;圍壓對巖石裂紋擴(kuò)展影響的顆粒流模擬研究[J];長江科學(xué)院院報;2015年04期

5 叢宇;王在泉;鄭穎人;馮夏庭;;基于顆粒流原理的巖石類材料細(xì)觀參數(shù)的試驗研究[J];巖土工程學(xué)報;2015年06期

6 胡振襄;周科平;李杰林;高峰;王明球;;卸荷巖體細(xì)觀損傷演化的核磁共振測試[J];北京科技大學(xué)學(xué)報;2014年12期

7 趙國彥;戴兵;馬馳;;平行黏結(jié)模型中細(xì)觀參數(shù)對宏觀特性影響研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報;2012年07期

8 張正波;王東坡;何思明;;巖體裂隙開挖卸荷擴(kuò)展機(jī)理研究[J];西藏科技;2012年04期

9 徐金明;謝芝蕾;賈海濤;;石灰?guī)r細(xì)觀力學(xué)特性的顆粒流模擬[J];巖土力學(xué);2010年S2期

10 劉海濤;程曉輝;;粗粒土尺寸效應(yīng)的離散元分析[J];巖土力學(xué);2009年S1期

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1 王泳嘉;;離散單元法——一種適用于節(jié)理巖石力學(xué)分析的數(shù)值方法[A];第一屆全國巖石力學(xué)數(shù)值計算及模型試驗討論會論文集[C];1986年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 王向剛;脆性材料中三維裂隙破壞過程試驗與數(shù)值模擬研究[D];山東大學(xué);2014年

2 張志鎮(zhèn);巖石變形破壞過程中的能量演化機(jī)制[D];中國礦業(yè)大學(xué);2013年

3 張黎明;加卸荷條件下巖體宏細(xì)觀破壞機(jī)理的試驗與理論研究[D];西安建筑科技大學(xué);2009年

4 羅勇;土工問題的顆粒流數(shù)值模擬及應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2007年

本文編號：2792972