【摘要】：準(zhǔn)確表征與直觀顯示巖體復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與應(yīng)力場(chǎng)是解決諸多地下工程問題的基礎(chǔ)和關(guān)鍵.本文運(yùn)用CT成像、三維重構(gòu)和3D打印技術(shù)制備了包含復(fù)雜裂隙的天然煤巖模型,借助三維應(yīng)力凍結(jié)和光彈技術(shù),直觀定量地顯示了單軸壓縮載荷作用下復(fù)雜裂隙煤巖內(nèi)部的應(yīng)力場(chǎng)分布特征.研究表明:通過3D打印技術(shù)制備的煤巖模型具有與天然煤巖一致的裂隙結(jié)構(gòu)特征;3D模型的單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量和泊松比等力學(xué)性能指標(biāo)接近于天然裂隙煤巖;在不連續(xù)裂隙周邊的高應(yīng)力分布區(qū)域以及應(yīng)力級(jí)差等方面,3D模型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果具有較好的一致性;該方法能夠直觀定量地顯示不連續(xù)不規(guī)則裂隙對(duì)煤巖的強(qiáng)度、變形以及應(yīng)力集中區(qū)的影響.3D模型打印與應(yīng)力凍結(jié)技術(shù)相結(jié)合為實(shí)現(xiàn)地下巖體內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)與三維應(yīng)力場(chǎng)分布的定量表征與可視化,以及印證數(shù)值模擬結(jié)果提供了新途徑.
[Abstract]:Accurate representation and visualization of complex internal structure and stress field of rock mass is the foundation and key to solve many underground engineering problems. In this paper, using CT imaging, 3D reconstruction and 3D printing techniques, a natural coal rock model containing complex fractures has been prepared, with the help of 3D stress freezing and photoelastic techniques. The distribution characteristics of stress field in coal and rock under uniaxial compression loading are shown visually and quantitatively. The results show that the coal and rock model prepared by 3D printing technology has the same fracture structure characteristics as natural coal and rock. The uniaxial compressive strength, elastic modulus and Poisson's ratio of 3D model are close to those of natural fractured coal and rock. The experimental results of 3D model are in good agreement with those of numerical simulation in the area of high stress distribution and stress level difference around discontinuous fractures, and this method can directly and quantitatively show the strength of discontinuous irregular fractures to coal and rock. The combination of deformation and stress concentration zone. 3D model printing and stress freezing technology provide a new way to realize the quantitative characterization and visualization of complex structure and three-dimensional stress field distribution in underground rock mass and to verify the numerical simulation results.
【作者單位】： 中國礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全開采國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;中國礦業(yè)大學(xué)深部巖土力學(xué)與地下工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;四川大學(xué)水力水電學(xué)院;中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院;
【基金】：國家杰出青年科學(xué)基金(51125017) 國家自然科學(xué)基金(51374213) 國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(2010CB226804,2011CB201201)資助
【分類號(hào)】：TP334.8

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本文編號(hào)：2162276