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《武汉工程大学》 2017年
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荷载作用下磷块岩裂纹产生及扩展规律分析研究

涂力  
【摘要】:本文重点研究了磷块岩及其矿区顶底板岩石的力学和声学性质,采用三轴加载仪器和声发射测试分析系统来研究其受压时内部裂纹扩展开裂规律。将研究结果进行分析后运用到实际工程中不仅用于科学开采矿产资源也更能科学防止地质灾害,对其都有重要的意义。完整的磷块岩是一种脆性材料,其强度很大程度上取决于内部缺陷和微裂纹的存在。当压缩载荷超过比例极限时,微裂纹将首先由缺陷,应力集中处发展,导致微裂纹的拉伸和收敛,产生宏观裂缝。当达到峰值应力时,整个岩样中就会出现很多微裂纹,微裂纹的扩张趋势更加强烈。因为磷块岩的岩样成分并不是均匀的导致里面所受应力也不均匀,受压后在裂纹的尖端较易形成应力集中现象,形成微裂纹,应力重新分布,进而造成邻近裂隙的破裂。此时岩样中已形成一些宏观裂缝和破裂且裂隙数量增加,但彼此不相连,也并未达到最高水平。峰值过后,微裂纹迅速膨胀合并成宏观破裂面。随着岩样内部抗力面积的减小,岩石刚度迅速下降,微裂隙的形成,扩展和熔合均呈加速趋势。声发射频率高。这表明,对于磷块岩等脆性岩石来说,压缩破坏时间比声发射高峰时间早,这意味着如果采用声发射作为采场顶崩和岩爆的监测预警,实际的预警时间较长比预期时间短,岩石破坏比预期的要早。在不同围压下,磷块岩的声发射数量区别较大,对比3种应力条件下磷块岩的声发射时间数量可知,围压为2MP 3MP 4MP时,声发射数量是有所下降的,可见,围压越高,岩石的声发射活跃度越低。得出三轴压缩条件下的磷块岩损伤一应变关系曲线。从磷块岩的损伤过程可知道,磷块岩试样最初产生裂隙损伤而后微裂隙进行扩展,最终裂纹全部贯通导致整体破坏到完全损伤是一个逐渐发展的过程。将磷块岩物理数据输入SPSS进行数据计回归分析计算得出磷块岩三轴抗压强度公式,通过Abaqus平台运用扩展有限元相关模块建立与所做实验试样的相似数值模型进行数值模拟;将查询到的磷块岩物理力学参数带入拟合公式中得出的最大破坏应力与ABAQUS模拟出的破坏最大应力相差2%。在容许误差范围内,可以证明前文中所拟合出的磷块岩三轴抗压强度公式有一定的可行性,在一定程度上可以用来初步估计未知磷块岩强度。
【学位授予单位】:武汉工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU45

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