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《重庆大学》 2004年
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岩石变形局部化及失稳破坏的理论与实验研究

张东明  
【摘要】:岩石的局部化变形是岩土材料失稳的一个重要特征,是材料破坏的先兆,岩石中的局部化变形直接导致了加载过程中岩石整体强度的降低,使岩体工程的承载力下降。所以研究和预测局部化变形带的起动、演化发展及剪切带形成规律对于研究岩石材料失稳破坏具有非常重要的意义。本文应用理论研究、实验研究和数值分析相结合的方法,对软岩的局部化起动、演化、形成宏观剪切带及失稳破坏进行了深入系统的研究,得到了一些有益的研究成果: (1) 通过重庆红色泥砂岩单向、三向受压状态下的实验研究,分析了软岩的损伤演化规律及裂纹扩展的非线性分形特征。在此基础上结合岩石强度概率分布假设,采用重正化群模型对岩石失稳破坏过程中的临界现象进行了研究,得到了岩石材料失稳破坏的理论临界点。通过实验数据与重正化群模型计算结果的对比,证明了重正化破坏模型能准确地模拟岩石的失稳破坏,并能有效地推测出破坏的临界点,建立判断岩石稳定状态的判据。 (2) 基于岩石变形局部化与失稳破坏过程中的自组织临界特征,采用“沙堆元胞自动机”模型,从新的角度对岩石变形过程中的裂纹扩展、损伤演化以及能量释放等细观尺度上的自组织临界行为进行了研究。 (3) 自行研制了平面应变加载系统,首次研究了重庆红色泥砂岩在平面应变加载条件下的变形局部化行为及失稳破坏机理。对平面应变加载过程中的弹性波速变化特征进行了研究,跟踪了岩石变形局部化的演化全过程,并根据弹性波测试结果得到了软岩变形局部化的起动点和失稳破坏的临界点。同时,还研究了平面应变条件下,加载速率、含水量及坡角的变化对软岩变形局部化发生和发展的影响规律。 (4) 采用先进的激光数字散斑光测方法,对泥砂岩和泥岩两种软岩试件进行变形局部化对比实验研究。研究了单轴压缩状态下,加载速率对软岩变形局部化的影响。经过一系列散斑干涉的相关分析,实时、定量地跟踪和测定了软岩变形局部化的变化规律,首次观测到了泥砂岩和泥岩变形局部化带的“转动”全过程,并确定了局部化起动的时刻,定量地测定了局部化带的宽度及局部化带内的变形速度。 (5) 基于岩石的弹塑性本构关系,采用滑块—弹簧组合系统研究了岩石剪切带形成的力学模型,并得出了该力学模型控制的变形局部化起动条件。 (6) 基于材料失稳破坏的分叉理论,对软岩变形局部化进行理论研究,以确定软岩变形局部化起动条件以及局部化方位角等理论模型。对弹塑性材料变形局 重庆大学博士学位论文 部化进行分叉分析。根据Maxwell不相容条件,对岩石在平面应变和平面应力状 态下的局部化准则进行了理论分析。 (7)基于材料变形破坏的梯度塑性理论,对岩石变形局部化带的理论宽度进 行了分析,并根据实验数据得到了泥砂岩的内部长度以及单轴压缩和平面应变状 态下局部化带的宽度。 (8)基于岩石微元的强度分布函数满足威布尔分布的假设,采用RFPAZD对 岩石单轴受压、等围压三轴、平面应力以及平面应变几种状态下的局部化剪切带 形成过程和失稳破坏进行了数值分析。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TD313

【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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1 黄西成;内爆与外爆加载下壳体的力学状态及破坏模式分析[D];中国工程物理研究院;2010年
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1 黄春光;大倾角“三软”不稳定厚煤层放顶煤开采矿压规律研究[D];河南理工大学;2010年
2 赵大为;空间热循环和辐照环境对LF6铝合金焊接组织及性能的影响[D];河南理工大学;2010年
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4 朱会启;煤与瓦斯突出冲击波实验研究[D];河南理工大学;2010年
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10 王晓磊;邯郸粉质粘土Duncan-Chang模型及应力—应变归一化研究[D];河北工程大学;2010年
【同被引文献】
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【二级引证文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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7 本报记者 一丁 余庆记者站 袁星忠;高峡平湖展宏图[N];遵义日报;2009年
8 郝丽;根治机械振动失稳顽疾[N];科技日报;2009年
9 陈晓东;应避免容器类设备“失稳”[N];中国医药报;2006年
10 王玉峰 庞海运;唤醒荒凉 化蛹成蝶 拓荒者铺陈壮美画卷[N];内蒙古日报(汉);2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张东明;岩石变形局部化及失稳破坏的理论与实验研究[D];重庆大学;2004年
2 甄文战;岩土材料变形局部化问题理论及数值分析研究[D];上海大学;2010年
3 马文旭;土体介质尺度效应的试验及数值模拟分析[D];华南理工大学;2011年
4 王春华;截齿截割作用下煤体变形破坏规律研究[D];辽宁工程技术大学;2005年
5 丁祖德;高速铁路隧道基底软岩动力特性及结构安全性研究[D];中南大学;2012年
6 郭富利;堡镇软岩隧道大变形机理及控制技术研究[D];北京交通大学;2010年
7 闫鑫;高地应力软岩隧道超前应力释放变形控制机理及技术研究[D];中国铁道科学研究院;2012年
8 陈刚;煤岩体后破坏的理论研究及预测[D];辽宁工程技术大学;2004年
9 卿启湘;高速铁路无碴轨道—软岩路基系统动力特性研究[D];中南大学;2005年
10 卫晓君;“三下”条带开采局部化灾害监测基础研究[D];西安科技大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李权;软岩大变形公路隧道变形规律及控制技术研究[D];西南交通大学;2012年
2 赵颖;十天高速公路变质软岩膨胀崩解及强度性质试验研究[D];长安大学;2012年
3 任国辉;软岩地下工程支护方案优化研究[D];天津大学;2004年
4 赖新芳;沙坡头坝基软岩的力学特性分析与蠕变过程数值模拟[D];西安理工大学;2005年
5 刘龙飞;颗粒增强金属基复合材料绝热剪切变形局部化中应变梯度效应[D];湘潭大学;2002年
6 刘祥桢;东乡铜矿深部软岩巷道加固对策研究及应用[D];南昌大学;2012年
7 代红军;数字散斑时间序列相关方法及其在三维面形测量中的应用[D];四川大学;2001年
8 钟邑桅;上海软粘土平面应变条件下剪切带形成的试验研究[D];同济大学;2006年
9 李默然;基于FLAC3D的白云鄂博铁矿东矿边坡稳定性研究[D];内蒙古科技大学;2011年
10 郑铜镖;物化型软岩改性的基础研究[D];太原理工大学;2004年
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