橫觀各向同性巖體斷裂力學特性.pdf

1、邊界元法是在有限元法之后迅速發(fā)展起來的一種高效的數(shù)值分析方法。邊界元法所利用的控制微分方程的基本解能自動滿足無限遠處的條件，因此，邊界元法能直接對無限域問題求解。且只需在無限域問題的有限表面進行離散，因而特別便于處理無限域問題。同時基本解的奇異性使邊界元法有利于處理奇異性問題如斷裂力學問題。正是由于邊界元法在處理無限域和半無限域問題方面的優(yōu)勢，邊界元法在巖土工程問題中得到了廣泛的應用。
　　針對巖體材料中的裂紋問題多為無限域或半無

2、限域問題，以及巖體的力學特性為各向異性這一特點，本文運用線彈性斷裂力學理論，采用橫觀各向同性雙材料邊界元數(shù)值方法，對工程巖體中的三維裂紋問題進行了詳細的分析研究。
　　本文首先對橫觀各向同性雙材料對偶邊界元方法做了進一步發(fā)展，通過引入新的單元類型，建立了用于分析裂紋面非光滑的裂紋問題的邊界元方法。同時增加了用于分析該類裂紋問題的程序模塊，建立了用于分析該類裂紋問題的邊界元計算程序，計算了該類裂紋問題的應力強度因子，討論了該類裂紋應

3、力強度因子隨彎折角度的變化規(guī)律。
　　然后研究了橫觀各向同性巖體中無限域情況下的矩形裂紋，討論了應力強度因子隨裂紋面與各向同性面傾角的變化規(guī)律，以及橫觀各向同性體材料特性的變化分別對平行、傾斜和垂直于各向同性面的裂紋應力強度因子的影響；其次研究了橫觀各向同性體中半無限域情況下的矩形裂紋，分析了自由面、材料特性、邊長比對平行或垂直于自由面的單條矩形裂紋應力強度因子的影響，在單裂紋問題分析的基礎上，通過與單裂紋數(shù)據(jù)對比，分析了兩條共面

4、或平行矩形裂紋間的相互作用問題，討論了兩裂紋間隔距離、邊長比、材料特性、自由面對兩裂紋相互作用的影響。
　　最后結合兩個工程實例，研究了橫觀各向同性雙材料邊界元方法在水力劈（壓）裂中的應用。一是分析了采煤工程中的底板突水問題。在礦井底板突水分析中，建立了底板突水問題的簡化力學模型，在模型中考慮了采煤工作面推進過程中煤層底板巖體應力場和裂隙面上承壓水壓力的共同作用，應用斷裂力學理論闡明了在采煤過程中發(fā)生的底板突水現(xiàn)象的發(fā)生機理。二是