【摘要】：巖體是一種非均質(zhì)、各向異性地質(zhì)體,準(zhǔn)確表征巖體的力學(xué)特性對(duì)于礦山設(shè)計(jì)及安全生產(chǎn)具有重要意義。巖石和結(jié)構(gòu)面是組成巖體的主要部分,巖石的力學(xué)性質(zhì)可以通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)分析確定,而結(jié)構(gòu)面如層理、斷層、節(jié)理等分布復(fù)雜,其空間幾何分布特征和變形、強(qiáng)度特性是導(dǎo)致巖體力學(xué)存在各向異性的重要原因之一。確定合理的巖體各向異性力學(xué)參數(shù)是其力學(xué)特性研究的基礎(chǔ),也是巖土工程穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的前提,正確認(rèn)識(shí)節(jié)理巖體的各向異性力學(xué)性質(zhì),表征合理的節(jié)理巖體力學(xué)參數(shù),具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。為分析節(jié)理巖體各向異性力學(xué)參數(shù)并進(jìn)行工程應(yīng)用,本文基于離散元顆粒流方法建立了隨機(jī)節(jié)理網(wǎng)絡(luò)模型,并進(jìn)行巖體力學(xué)參數(shù)尺寸效應(yīng)研究,分析表征單元體的各向異性力學(xué)特性；在確定各向異性力學(xué)參數(shù)基礎(chǔ)上,基于各向異性彈性損傷理論和有限元方法,實(shí)現(xiàn)工程巖體各向異性模型的求解,分析力學(xué)各向異性對(duì)巖體變形、破壞的影響規(guī)律,為礦山設(shè)計(jì)及支護(hù)等提供一定參考。圍繞節(jié)理巖體各向異性力學(xué)參數(shù)表征及應(yīng)用這一課題,本文開(kāi)展了以下方面的研究工作：1.基于線彈性理論和位移等效原理,建立考慮節(jié)理幾何、力學(xué)特性的層狀巖體各向異性理論模型,研究巖體的軸向、橫向等效彈性模量和泊松比參數(shù),從理論角度討論巖塊、節(jié)理材料力學(xué)、幾何參數(shù)對(duì)巖體變形特性的影響規(guī)律。2.針對(duì)不同傾角層狀巖石開(kāi)展單軸抗壓、抗拉和直剪室內(nèi)試驗(yàn),對(duì)其變形、強(qiáng)度及破壞模式進(jìn)行分析。利用離散元顆粒流方法,開(kāi)展單軸壓縮數(shù)值試驗(yàn),并分析節(jié)理單元的剛度、強(qiáng)度特性,對(duì)不同取值規(guī)律進(jìn)行探討,并研究不同加載方向下試件的力學(xué)特性,基于不同傾角下試件的破壞模式及強(qiáng)度變化規(guī)律,探討節(jié)理的參數(shù)取值可靠性。3.基于隨機(jī)數(shù)生成的Monte Carlo方法,采用PFC2D內(nèi)嵌FISH二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言,編寫(xiě)隨機(jī)節(jié)理網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)生成算法MC_JOINT;結(jié)合ShapeMetriX3D巖體結(jié)構(gòu)面數(shù)字圖像識(shí)別技術(shù),對(duì)模擬的巖體露頭面進(jìn)行掃描,準(zhǔn)確識(shí)別出不同級(jí)別結(jié)構(gòu)面,根據(jù)幾何產(chǎn)狀聚類進(jìn)行分組,統(tǒng)計(jì)每組結(jié)構(gòu)面的幾何參數(shù)信息和分布概率模型；應(yīng)用該算法生成隨機(jī)節(jié)理網(wǎng)絡(luò)模型,通過(guò)開(kāi)展節(jié)理模型單軸壓縮數(shù)值試驗(yàn),對(duì)模型破壞失穩(wěn)、裂隙擴(kuò)展過(guò)程進(jìn)行分析,并與完整巖石的力學(xué)特性進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證節(jié)理巖體力學(xué)研究的可行性。4.開(kāi)展單軸壓縮試驗(yàn)標(biāo)定基質(zhì)巖石的細(xì)觀力學(xué)參數(shù),結(jié)合隨機(jī)節(jié)理生成方法MC_JOINT,建立的離散元節(jié)理網(wǎng)絡(luò)DFN模型,對(duì)節(jié)理巖體的彈性變形參數(shù)、強(qiáng)度參數(shù)的尺寸效應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)研究,對(duì)表征單元體(REV)的各向異性力學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析,研究各力學(xué)參數(shù)的空間主值,為研究節(jié)理巖體的力學(xué)參數(shù)表征提供方法和參數(shù)依據(jù)。5.結(jié)合離散元方法確定的各向異性力學(xué)參數(shù),以典型隨機(jī)節(jié)理巖體為背景,研究巖體各向異性特性對(duì)工程穩(wěn)定性的影響,以彈性損傷各向異性理論為基礎(chǔ),建立考慮節(jié)理各向異性的力學(xué)模型,對(duì)圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值研究,討論巖體各向異性對(duì)圍巖應(yīng)力場(chǎng)的影響規(guī)律,基于Hoffman各向異性屈服準(zhǔn)則,分析各向異性對(duì)巖體損傷區(qū)的影響規(guī)律,實(shí)現(xiàn)工程巖體各向異性模型的求解。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TD313

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2396894