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裂隙结构非规则性对岩体力学性质影响研究

高轩  
【摘要】:自然界中岩石是一种非连续天然介质,其非连续性主要体现在岩石内部存在的大量裂隙与节理等。由于岩石内部节理的存在使得岩体力学性质产生了较大的差异性,而天然存在的裂隙使原本已受影响的岩体变得更加脆弱。目前,国内外已有学者对含节理岩体的力学性质进行了探究。但关于裂隙对含节理岩体的力学性质影响探究较少。基于此,本文以含节理岩体节理方向与应力方向一致时的应力状态为研究对象,利用相似材料试验找出与此应力状态下岩石力学性质相似的配合比,并利用此配合比浇筑含预制裂隙的试样,主要预制不同角度的单裂隙以及“卜”字型裂隙进行物理实验探究。研究了这类岩体在裂隙影响下的力学性质和破坏模式。并以此试验为基础,采用PFC颗粒离散元软件对单轴压缩试样进行了数值模拟,对比分析了室内物理实验和数值模拟结果,并对其它类型的裂隙进行了探讨。本文主要内容如下:(1)对有关节理岩体的国内外文献进行查阅,了解相关的理论、物理实验流程及数值模拟软件的应用现状。对现状进行总结并提出本文的研究路线及试验方法。(2)对节理岩体的力学特征进行试验探讨,以水泥砂浆和橡胶粉为原材料制作含节理岩体抗拉强度最低状态时的相似试样,找出合适的相似材料配合比。采用薄片抽条法预制含有贯穿的单裂隙和“卜”字型裂隙的试样,对试样进行单轴压缩试验,采用Vic非接触应变仪对加载过程进行监测,对试验后试样的强度变化以及破坏模式进行分析。(3)采用PFC~(2D) 5.0颗粒离散元软件对物理单轴压缩试验进行数值模拟。尝试用熵的概念解释岩石破坏过程,对岩石的破坏进行预判分析。并利用此数值模型对其他结构裂隙进行进一步的试验探讨。


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