【摘要】：巖石斷裂韌度是巖石抵抗裂紋起裂和擴(kuò)展的韌性性能,也是巖石斷裂力學(xué)中最為基本的參數(shù)。因此,準(zhǔn)確地測得巖石斷裂韌度對巖土類工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說具有重要的意義�；趪H巖石力學(xué)協(xié)會(huì)(ISRM)于2014年推薦用做靜態(tài)斷裂韌度測試的NSCB試樣,采用數(shù)值模擬和試驗(yàn)室測定的方法,研究了人工預(yù)制裂縫寬度和長度對不同半徑的NSCB試樣斷裂韌度的影響,并運(yùn)用應(yīng)變片、聲發(fā)射和數(shù)字散斑等技術(shù)手段對試樣的破裂過程進(jìn)行監(jiān)測,利用Bazant尺度律公式研究了NSCB試樣斷裂韌度的尺寸效應(yīng)。介紹了NSCB試樣的斷裂韌度測試原理,基于Bazant尺寸效應(yīng)理論,推導(dǎo)獲得了NSCB試樣無量綱能量釋放率的表達(dá)式,給出了獲取斷裂韌度尺寸效應(yīng)公式的方法,最后介紹了求解應(yīng)力強(qiáng)度因子的幾種方法。采用有限元軟件ABAQUS分析了預(yù)制裂縫寬度、長度以及試樣半徑對NSCB試樣的無量綱應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響,結(jié)果表明:在0.0~2.0mm范圍內(nèi),隨著預(yù)制裂縫寬度的增加,NSCB試樣的無量綱應(yīng)力強(qiáng)度因子在不斷地增大,預(yù)制裂縫長度越長,增加的速度就越快,而試驗(yàn)支撐間距對增加的速度基本上不產(chǎn)生影響;在預(yù)制裂縫長度方面,當(dāng)無量綱預(yù)制裂縫長度位于0.1~0.8范圍內(nèi)時(shí),隨著預(yù)制裂縫長度的增加,NSCB試樣的無量綱應(yīng)力強(qiáng)度因子呈現(xiàn)出先減小后增加的規(guī)律。對NSCB試樣進(jìn)行了三點(diǎn)彎曲斷裂試驗(yàn),結(jié)果表明:隨著預(yù)制裂縫寬度的增加,NSCB試樣的斷裂韌度整體上呈現(xiàn)出增加的趨勢,并且試樣半徑尺寸越小,增加的幅度就越大,說明了小尺寸的NSCB試樣更容易受到預(yù)制裂縫寬度的影響;隨著無量綱預(yù)制裂縫長度的增加,NSCB試樣的斷裂韌度呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢,半徑越小的試樣其下降幅度越大;隨著試樣半徑的增加,NSCB試樣的斷裂韌度也在不斷地增加,但這種增加的趨勢會(huì)隨著預(yù)制裂縫長度的變化呈現(xiàn)出不同的規(guī)律。結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù),獲得了NSCB試樣斷裂韌度尺度律公式,并運(yùn)用該公式預(yù)測了大尺寸試樣的斷裂韌度。結(jié)果表明:NSCB試樣斷裂韌度尺度律公式能夠很好的預(yù)測大尺寸試樣的斷裂韌度,誤差不超過3%,并與通過試樣其它力學(xué)參數(shù)估算得到的斷裂韌度值具有良好的吻合性。上述研究成果為今后采用NSCB試樣準(zhǔn)確測得巖石斷裂韌度提供了一定的參考,對于推動(dòng)NSCB建議方法有積極的作用。
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD313
【圖文】：

3.1.2 有限元標(biāo)定結(jié)果的影響因素在對無量綱應(yīng)力強(qiáng)度因子正式標(biāo)定前，需要考慮模型整體劃分單元和節(jié)點(diǎn)數(shù)、裂尖附近區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格劃分密度以及裂尖附近區(qū)域網(wǎng)格劃分方法對有限元分析結(jié)果可能會(huì)產(chǎn)生的影響。為了考察這些因素對分析結(jié)果的影響，采用含有線裂紋（即理想裂紋）的 NSCB 試樣，分析上述三個(gè)因素的影響。（1）網(wǎng)格劃分密度的影響在ABAQUS軟件中，控制網(wǎng)格劃分密度的方式有兩種即全局布種和局部布種。為了更加準(zhǔn)確地得到網(wǎng)格密度對數(shù)值計(jì)算結(jié)果的影響，先是采用全局布種技術(shù)給模型整體布置不同密度的種子，分析模型整體網(wǎng)格密度對計(jì)算精度的影響，然后選出合適的模型整體網(wǎng)格布種密度，在此基礎(chǔ)上對裂尖附近區(qū)域進(jìn)行不同程度的加密，找出計(jì)算精度最高的裂尖附近區(qū)域網(wǎng)格密度與其它區(qū)域網(wǎng)格密度的比值，（a）不同載荷（b）不同裂紋長度圖 3-2 本文標(biāo)定結(jié)果與文獻(xiàn)[71]的比較Fig. 3-2 Comparison between the results of this paper and the literature [71]

圖 3-3 網(wǎng)格密度對計(jì)算結(jié)果的影響Fig. 3-3 Influence of grid density on calculation results（2）裂尖積分區(qū)域大小的影響在 ABAQUS 對裂縫尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子進(jìn)行求解過程中，在 Interaction 模塊裂尖的第一個(gè)積分區(qū)域進(jìn)行選擇，而這個(gè)區(qū)域一般是我們在 Assembly 模塊中對裂尖附近區(qū)域進(jìn)行分割好的，如圖 3-4 所示。但該分割區(qū)域的大小可能也有限元計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生影響，為了研究這一因素是否存在影響以及其影響有多本文對圖 3-4 中積分區(qū)域半徑 R*與裂紋長度 a 的比值 R*/ a 在 0.05~0.5 范圍內(nèi)變化，分析應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算結(jié)果變化趨勢。（a）整體網(wǎng)格密度劃分的影響（b）裂尖區(qū)域網(wǎng)格密度劃分的影響

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2734881