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单轴压缩条件下非贯通裂隙介质损伤演化特征的试验研究

陈蕴生  
【摘要】: 非贯通裂隙岩体作为自然界普遍存在的工程岩体,其力学特性为工程界和岩石力学界所关注。目前为数不多的对岩体力学特性方面的研究多集中在贯通裂隙岩体,而对非贯通裂隙岩体的研究尚处于起步阶段。本文采用内含不同角度、不同数量非贯通裂隙的类岩石材料试件,利用MTS、声波测试仪及CT设备,对非贯通裂隙介质在单轴压缩条件下的破坏形式、变形与强度特性及细观损伤演化规律作了探索性研究。由MTS试验及加载过程中即时声波检测,得到了试件变形、强度及破坏形式与裂隙角度、数量之间的关系和裂纹扩展与纵波波速之间的关系;利用非贯通裂隙试件在加载过程中的CT扫描资料与重建的三维CT图像,分析了破坏过程中试件内部裂纹扩展规律;通过对CT图像灰度及其分布随应力变化的分析,研究了不同角度裂隙试件细观损伤演化特征,并绘制出试件在不同应力水平下、不同层位损伤等值线图,对损伤演化作定量描述;在对裂隙与孔隙、微裂隙两类不同层次损伤的不同演化特征与相互关系进行分析的基础上,分别确定了表征这两类损伤的奇异损伤变量和分布损伤变量,推导了单轴压缩条件下非贯通裂隙介质的细观损伤本构方程,并利用试验作了验证;最后,运用分形几何方法,对损伤演化过程中试件内部裂纹的扩展与分布作分形描述,提出并测算出损伤扩展的分维数,由损伤扩展分维数与应力之间的关系定义的损伤局部化参数。


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