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静、动荷载下含缺陷岩样力学特性的数值试验

钟波波  
【摘要】:由于漫长的地质作用和各种工程扰动,大自然中的岩石包含诸多缺陷。在采矿、水电、交通、石油、核废料处置等工程中,含缺陷岩石将会是广泛遇到的重要工程对象。不管是在静荷载作用下,还是在动荷载作用下,含缺陷岩石的变形与强度特征都要比完整岩石复杂的多。所以,对含缺陷岩石力学性质的研究,将会对地下洞室、路基、边坡等工程的设计及施工具有重要意义。本文选用真实破坏过程分析(RFPA)系统,考虑岩石材料的非均匀性和缺陷分布的随机性,分别模拟了在静荷载或动荷载作用下,含缺陷岩样的损伤破裂过程。在此基础上,研究非均匀材料的裂纹扩展模式及多裂纹扩展过程中的相互作用机理,探讨缺陷对岩石应力应变曲线、峰值强度、声发射特征和破坏方式的影响。具体内容可分为以下两个方面:(1)研究含缺陷岩石在静荷载作用下的裂纹萌生、扩展、搭接、贯通模式和破坏方式。首先分析含单裂纹岩样和含孔洞裂纹岩样在静荷载下,预制裂纹倾角对岩样裂纹扩展模式和破坏方式的影响。再者探讨含双裂纹岩样在静荷载下,预制裂纹几何分布以及围压对岩样裂纹扩展模式、岩桥贯通模式和破坏方式的影响。(2)研究含缺陷岩石在动荷载作用下的裂纹萌生、扩展、搭接、贯通模式和破坏方式。首先研究了含双裂纹岩样在单向和双向动荷载下,预制裂纹几何分布对裂纹扩展模式的影响,同时考虑了在裂纹几何分布一定时,双向动荷载的荷载比对裂纹扩展模式的影响。再者探讨了爆炸荷载作用下岩样的动态裂纹扩展,分析爆炸荷载加载速率、炮孔到自由边界距离以及两炮孔中间空孔大小对动态裂纹扩展模式的影响。通过上述研究发现:缺陷几何分布形式、材料的非均匀性等岩样的内在因素和荷载类型、双轴荷载比等外在因素,对岩样的裂纹扩展模式和破坏方式具有显著的影响。希望本文的研究成果对岩石断裂力学中关于裂纹扩展的研究具有学术探讨价值以及对岩土工程的设计、施工具有工程应用价值。


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