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《北京科技大学》 2016年
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岩石断裂表面细观接触演化与剪切力学模型研究

王煜曦  
【摘要】:岩体的抗剪强度和长期稳定性在很大程度上取决于岩石断裂粗糙面细观接触与破坏力学行为。为从细观层面探究断裂岩体粗糙表面接触状态与抗剪强度关系,采用剪切蠕变实验方法对压剪破坏和拉破坏两类断裂岩石的接触和剪切力学行为进行研究。借助激光扫描、声发射和CT检测等方法,揭示剪切过程中岩石粗糙表面凹凸体磨损过程、表面微孔洞微裂纹生长发育趋势、表面接触损伤演化等微观破坏机理以及宏观力学特征。针对岩体粗糙断裂面不连续接触的特点,提出表征断裂岩体表面接触的分形公式,建立了岩石节理的接触力学模型,为刻画和描述岩体断裂面细观接触演化过程与宏观力学行为提供了基础理论依据。论文取得的主要研究成果如下:(1)定量分析和研究了岩石断裂面形貌的细观特征。制作了压剪和拉伸两类岩石断裂面,运用激光精细扫描技术,重构了断裂岩石表面形貌:采用分形理论,对岩石断裂表面的起伏度和粗糙度进行了定量分析。(2)通过直接剪切蠕变实验,研究了断裂岩石的宏观力学行为。对断裂岩样进行分级加载剪切蠕变实验,得到了断裂岩石剪切蠕变实验中的位移、抗剪强度等,从岩样断裂面形成机制出发,揭示出两类断裂岩样在剪切蠕变条件下的宏观力学特性。(3)通过“CT切层法”,揭示了两类断裂岩石剪切蠕变破坏模式。断裂岩石在剪切蠕变作用下的破坏模式主要有:断裂面之间的剪切摩擦破坏、微小凹凸体的磨损、剪断、迁移,以及亚表面裂隙的萌生或翼裂纹发育等,展示了断裂岩石剪切蠕变前后岩石断裂面细观结构和空间展布形态、断裂岩石内部三维损伤情况。(4)利用声发射得到断裂岩石在剪切蠕变过程中和失稳前声发射频率和能量特征。拉破坏岩样的声发射能量波峰出现在蠕变中后期;压剪破坏岩样声发射能量在蠕变中期出现低谷。通过对断裂面在剪切蠕变过程中声发射定位,发现岩石断裂面声发射具带状分布特征。(5)对岩石断裂面接触区域内不同高度剖面上的接触形态分布进行厂分析。研究表明:拉破坏断裂岩样双翼接触状态呈离散“群岛式”接触,压剪断裂试样在剪切蠕变过程中接触形态为不规则“海岸式”接触。得到断裂面接触状态的变化,建立了接触面积与岩石抗剪强度的关系。(6)利用分形几何、接触力学等方法,建立丫断裂岩体在压剪载荷作用.下断裂面接触的分形模型。断裂粗糙面接触随着法向力变化产生动态演化,接触面积和接触分形维数随法向力增大而增加,压剪断裂岩样断裂面的接触多为大片起伏面之间的接触,拉破坏断裂岩样断裂面的接触多为小微凸体散点状接触。得到岩石断裂面接触过程中分形维数的变化规律,建立了压剪载荷与接触分形维数之间的关系,并由实验得到初步验证。
【学位授予单位】:北京科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O346.1

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【参考文献】
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1 杜守继;朱建栋;职洪涛;;岩石节理经历不同变形历史的剪切试验研究[J];岩石力学与工程学报;2006年01期
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3 祝丽萍;帕尔哈提;陈琳;岳华;;连续性和一致连续性的关系探讨[J];昌吉学院学报;2005年04期
4 刘明维,傅华,吴进良;岩体结构面抗剪强度参数确定方法的现状及思考[J];重庆交通学院学报;2005年05期
5 刘明维,何沛田,钱志雄,郑颖人;岩体结构面抗剪强度参数试验研究[J];重庆建筑;2005年06期
6 杨国宏,刘卫;岩体不连续面的剪切渗流特性分析[J];城市道桥与防洪;2004年03期
7 曹平;梅慧浩;宁果果;范祥;刘新颖;;经历剪切变形历史的岩石节理表面形貌变化[J];铁道科学与工程学报;2012年02期
8 白冰;韩晓雷;;原状黄土人工节理抗剪强度特性试验研究[J];低温建筑技术;2011年07期
9 吕彩霞;;中西文化中的微积分思想溯源及其比较[J];呼伦贝尔学院学报;2009年02期
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2 彭卫;蒋云昕;;岩体结构面抗剪强度Barton经验估算方法的力学特性[A];中国交通土建工程学术论文集(2006)[C];2006年
3 石豫川;吉锋;冯文凯;;结构面强度参数预测方法新探索[A];第三届全国岩土与工程学术大会论文集[C];2009年
4 杜时贵;罗战友;黄曼;贾汝达;陈吉瑜;;多尺度岩体结构面直剪试验仪的研制与应用[A];和谐地球上的水工岩石力学——第三届全国水工岩石力学学术会议论文集[C];2010年
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