本文選題：巖石力學 + 真三軸試驗��； 參考：《長江科學院》2013年碩士論文

【摘要】：脆性巖石深部開挖伴隨的巖爆等現(xiàn)象與脆性巖石在高地應力復雜應力條件下的變形破壞演化機制有密切關系，隨著應力水平的提高，應力的路徑的復雜化，脆性巖石的變形破壞規(guī)律及強度變化規(guī)律表現(xiàn)出與淺部低應力條件下極大的不同，，采用傳統(tǒng)的本構及強度模型不能很好的描述其變形破壞特征�，F(xiàn)階段關于脆性巖石高地應力條件下變形破壞演化機制的研究十分有限，作為脆性巖石開挖穩(wěn)定及防治措施理論的基礎，如何深入認識脆性巖石力學特性已經成為一個亟待解決的問題。鑒于此，本文以真三軸試驗研究為基礎，借助PFC3D中的顆粒塊理論，建立了精細的巖石數值模型，提出了脆性巖石真三軸加載/卸載方法和控制流程以及細觀參數的確定方法，實現(xiàn)了不同應力路徑不同應力水平下脆性巖石變形破壞機制及強度準則適用性方面的研究，對真三軸試驗和數值試驗進行了詳細對比，深化拓展了對脆性巖石變形破壞演化機制和強度規(guī)律的認識。 本文主要工作和研究成果如下： 1．緒論系統(tǒng)歸納總結了當前脆性巖石的研究現(xiàn)狀、研究方法以及主要結論，分析了其中存在的主要問題。在此基礎上，提出了本文的主要研究內容和研究方法，確定了脆性巖石試驗的主要技術路線和實施方案。 2．第二章進行了大理巖真三軸試驗，得到了其變形、強度、破壞、能量、聲發(fā)射、超聲波的變化規(guī)律，并以此深入分析了四種應力路徑下脆性巖石的變形破壞演化規(guī)律。 3．第三章分析了PFC~(3D)顆粒塊建模方法、常用模型參數及研究步驟。對顆粒細觀參數進行了敏感性分析，研究了巖石宏觀參數和細觀參數之間的對應關系，結果表明巖石彈性模量、泊松比、峰值強度與顆粒剛度、摩擦參數系、粘結強度，粘結剛度、顆粒塊形狀、顆粒塊占模型比例呈線性或對數關系。 4．通過PFC~(3D)數值試驗，對四種應力路徑下的高中低應力水平進行了單個試樣的精細模擬及對比，結果表明低應力條件下擬合效果不佳，高應力條件擬合效果較好。破壞機制方面，試驗方案二卸載破壞模式，真三軸試驗隨著圍壓增大表現(xiàn)出拉剪-剪拉-剪切破壞的變化規(guī)律，而數值試驗的結果是張拉-張拉-拉剪破壞的變化規(guī)律。 5．通過利用真三軸試驗平均參數反演得到的細觀參數進行五個方案的數值試驗，對兩個圍壓方向的變形進行了詳細分析，尤其是數值試驗方案三、四，對每一個最小主應力，存在一個臨界中間主應力，在試樣破壞之后的變形由膨脹轉為擠壓。對前四個方案中拉破了和剪破裂數量隨應力水平應力路徑的變化進行分析，發(fā)現(xiàn)拉破裂主導的試樣宏觀表現(xiàn)為張拉破裂模式，拉剪破裂相當的表現(xiàn)為拉剪或者剪拉破壞模式，剪破裂主導的表現(xiàn)剪破裂的宏觀破壞模式。數值試驗方案五著重在強度準則的適用性方面進行了研究，發(fā)現(xiàn)考慮中間主應力變化的修正Wiebols-Cook強度準則最適用于描述巖石材料數值模型的強度規(guī)律。 6．通過PFC2D模擬了不同應力水平下圓形隧洞開挖，研究了其破壞規(guī)律，結果表明，破壞以拉破了為主，應力水平越高，破壞范圍越廣，越容易出現(xiàn)應變型巖爆現(xiàn)象，但范圍相對較小。模擬了45°結構面對圓形隧洞開挖的影響，結果表明結構面離開挖面由遠到進，巖爆類型由應變型巖爆變?yōu)橐越Y構面為破壞邊界的破壞類型，并且范圍相對較大。
[Abstract]:Based on the study of true triaxial test , this paper establishes a fine rock numerical model based on the theory of particle block in PFC3D .

The main work and research results are as follows :

1 . The introduction systematically sums up the present research situation , research method and main conclusions of the present brittle rock , and analyzes the main problems in it . Based on this , the main research contents and research methods are put forward , and the main technical route and implementation plan of brittle rock test are determined .

2 . In chapter 2 , the true triaxial test of marble is carried out , the variation law of deformation , strength , damage , energy , acoustic emission and ultrasonic wave are obtained , and the deformation damage evolution law of brittle rock under four stress paths is analyzed in depth .

3 . In chapter 3 , the modeling method of PFC ~ ( 3D ) granular block , the commonly used model parameters and the research steps are analyzed . The corresponding relationship between macro - parameter and meso - parameter is studied . The results show that the rock elastic modulus , Poisson ' s ratio , peak strength and particle stiffness , friction coefficient , bond strength , bonding stiffness , particle shape and particle size are linear or logarithmic .

4 . Through the numerical experiment of PFC ~ ( 3D ) , the fine simulation and comparison of the single specimen are carried out on the low stress level of the high school under four stress paths . The results show that the fitting effect is not good at low stress condition , the fitting effect of high stress condition is good . In the aspect of failure mechanism , the test scheme two unloading failure mode , the true triaxial test shows the change law of shear - shear - shear failure with the increase of confining pressure , and the result of the numerical experiment is the rule of tension - tension - shear failure .

5 . The deformation of two confining pressure directions is analyzed in detail through the numerical tests of five schemes , which are obtained by the inversion of the mean parameters of the true triaxial test .

6 . The damage rule of circular tunnel under different stress levels is simulated by PFC2D . The results show that the higher the stress level , the wider the damage range , the more easily the strain - type rock burst can occur , but the range is relatively small .

【學位授予單位】：長江科學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TU45

【參考文獻】

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本文編號：1808999