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《山东科技大学》 2010年
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岩石三维内部裂隙扩展过程的数值模拟研究

吕海波  
【摘要】:岩石三维裂隙的发育过程与扩展机制是岩体工程领域重要的研究课题,许多岩体工程的失稳和破坏都和岩石裂隙扩展有关,但目前该研究还没有取得突破性进展。由于用真实岩石尚无法制作试件进行三维裂隙扩展试验,这说明通过试验获得三维裂隙扩展规律较为困难,因此,有必要借助数值模拟对该问题进行研究。 本文首先介绍了几种经典的断裂理论、裂隙受力与分类情况以及数值模拟软件的基本知识。在此基础上,先后进行了单轴压缩荷载作用下三维内置单裂隙与双裂隙扩展过程的数值模拟,获得了裂隙扩展过程中各阶段裂隙周边塑性区变化、最大拉应力变化、最小压应力变化以及剪应力变化的图像与数据。通过对各阶段图像与数据的分析得到了裂隙初裂强度、自相似扩展长度、翼裂纹扩展长度以及裂隙扩展的一般规律。数值模拟结果表明:自相似扩展早于翼裂纹的扩展;翼裂纹的扩展最终导致了试件的破坏;在双裂隙扩展试验的模拟中,当岩桥长度等于4倍的裂隙半径时,双裂隙的扩展导致了岩桥的贯通,但岩桥区域裂纹的扩展始终不剧烈。双裂隙扩展规律与单裂隙扩展规律基本相同。 利用数值模拟的方法对三维内置裂隙的岩石试件裂隙扩展过程进行了分析,揭示了岩石破裂过程失稳的基本规律。研究成果将会使三维断裂问题得到进一步认识,也可直接应用到岩土工程结构的稳定性分析等问题中。因此,具有重要的理论意义和现实价值。
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