裂隙巖體是地下工程中普遍存在的復(fù)雜工程介質(zhì),煤礦開(kāi)采等地下巖體工程的開(kāi)挖施工產(chǎn)生的局部應(yīng)力會(huì)造成巖體裂隙尖端裂紋擴(kuò)展,進(jìn)而可能會(huì)引起工程巖體裂紋起裂、滑移、變形、甚至失穩(wěn)破壞,是導(dǎo)致煤礦巖爆、邊坡失穩(wěn)、隧道塌方等災(zāi)害事故的根本原因。因此,論文通過(guò)理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)研究、數(shù)值模擬等綜合方法,研究完整類巖試件裂紋擴(kuò)展演化規(guī)律,研究含自由面雙預(yù)設(shè)裂隙類巖試件裂紋擴(kuò)展特征、貫通方式,獲取試件加載破壞失穩(wěn)的聲發(fā)射前兆信號(hào)特征,研究成果可為煤礦安全開(kāi)采及地下工程穩(wěn)定性分析提供參考。1)通過(guò)對(duì)裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)特征、裂紋的貫通方式、擴(kuò)展模型及其準(zhǔn)則等的理論分析,研制了用于室內(nèi)試驗(yàn)研究裂紋演化規(guī)律的類巖石材料,通過(guò)類巖試件的單軸壓縮和拉伸試驗(yàn),獲得了試件的基本力學(xué)參數(shù)。基于此參數(shù)設(shè)計(jì)的PFC數(shù)值模型,獲得破壞形態(tài)和應(yīng)力-應(yīng)變曲線與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果具有較高的一致性。2)基于真三軸試驗(yàn),分析了不同中間主應(yīng)力作用時(shí)完整類巖試件裂紋演化及破裂特征,得出了中間主應(yīng)力對(duì)裂紋擴(kuò)展路徑的影響規(guī)律:隨著中間主應(yīng)力的增大,裂紋擴(kuò)展方向與最大主應(yīng)力方向夾角減小,試件由剪切破壞變?yōu)榘辶哑茐?采用SEM掃描電鏡對(duì)破裂試樣斷口進(jìn)行表面特... 

【文章來(lái)源】：山東科技大學(xué)山東省

【文章頁(yè)數(shù)】：75 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１?Ｉｒｗｉｎ裂紋分類??

朱維申、陳衛(wèi)忠等［６９］采用物理試驗(yàn)?zāi)M方法，研究了雙軸加載下類巖石雁??形裂紋擴(kuò)展類型及特征，提出順向排列的雁形裂紋的三種基本的巖橋貫通方式：??巖橋剪切破壞、巖橋拉剪復(fù)合破壞和巖橋翼裂紋擴(kuò)展破壞，如圖２．４所示。??Ｖ?說(shuō)微??＼?，??＼次牛裂紋￣＾?＾??麵?纖?刪麵??＜?骨?＜?＇??加玫力．向?加戰(zhàn)方向??（ａ）剪切破壞?（ｂ）拉剪復(fù)合破壞?（ｃ）翼裂紋擴(kuò)展破壞??圖２．４雙軸加載條件下雙裂隙巖樣破壞模式圖??Ｆｉｇ．?２．４?Ｓｋｅｔｃｈｅｓ?ｏｆ?ｆａｉｌｕｒｅ?ｏｎ?ｓａｍｐｌｅ?ｗｉｔｈ?ｔｗｏ?ｃｒａｃｋ?ｕｎｄｅｒ?ｂｉａｘｉａｌ?ｌｏａｄｉｎｇ??某些巖體賦存的異質(zhì)微結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致各向異性與局部應(yīng)力集中的主要原因，??在巖體整體受壓情況下產(chǎn)生應(yīng)力集中的區(qū)域依然有局部張應(yīng)力的存在，故將有??延性Ｉ型微裂紋萌生，該張開(kāi)裂紋擴(kuò)展方向亞平行于最大壓應(yīng)力方向（可類比??于真三軸壓縮試驗(yàn)中的給予試件的最大主應(yīng)力方向）。隨著應(yīng)力水平的不斷增??大，裂紋由初始的彈性變形至微彈性裂隙穩(wěn)定擴(kuò)展，進(jìn)一步變化為不穩(wěn)定連續(xù)??擴(kuò)展貫通。同時(shí)，此階段的擴(kuò)展同應(yīng)變硬化膨脹密切相關(guān)，導(dǎo)致巖石變形具有??非線性特征。對(duì)于巖石變形具有的該種非線性特征情況的描述和分析常用的是??滑移開(kāi)裂模型和預(yù)存缺陷擴(kuò)展模型。??１９６３年，Ｂｒａｃｅ和Ｂｏｍｂｏｌａｋｉｓ最早探宄并提出了二維滑移開(kāi)裂模型，該模??型能夠解釋翼裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展

及以上應(yīng)力綜合作用下產(chǎn)生的，該種裂隙稱為為復(fù)合型裂隙。??假設(shè)巖體內(nèi)有斷層弱裂隙面ａｂ，其外法線《與水平方向的夾角為《，巖體??受深部主應(yīng)力巧、ｃｒ３的作用，如圖２．５所示。如果裂隙面受到的正應(yīng)力和剪應(yīng)??力分別為〇＂？和２＾，則有??ＣＴ?＼?Ｃ７?－Ｉ?Ｃ７１?一?（Ｔ－ｊ?＿??ｃｒａ?＝Ｌｙ－ｉ－＋?２?ｃｏｓ２ｏｒ?（２．１１）??＝—￣￣—ｓｉｎ?２ａ?（２．１２）??ａ?２??由摩爾一庫(kù)倫強(qiáng)度準(zhǔn)則知，裂隙面的抗剪強(qiáng)度公式為??ｒ?＝?ｃ?＋?ａ?ｔａｎ?＜ｆ＞?（２．１３）??式中：ｃ一裂隙面的粘結(jié)力，ＭＰａ；??＾一裂隙面的內(nèi)摩擦角，°。??ｈ??ａ??ｕ，?ｕ??圖２．５巖體裂隙面的應(yīng)力狀態(tài)??Ｆｉｇ．?２．５?Ｓｔｒｅｓｓ?ｓｔａｔｅ?ｏｆ?ｃｒａｃｋ??將式（２．１１）和式（２．１２）代入到式（２．１３?）中，令?ｒ＇＝?＋?ｔａｎ爐）貝ｌｊ??外界載荷達(dá)到裂隙面的極限強(qiáng)度，導(dǎo)致裂隙起裂的力學(xué)條件為ｒｆ＞０，即??—１?＾（ｓｉｎ２ａ－ｔａｎ彡ｃｏｓ２ａ）?＞ｃ?－??？?ｍ?ｙｘ?２ｃｃｏｓ＾－（ｃｒ


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