巖體三維裂隙拉伸斷裂機(jī)理的試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究.pdf

1、裂隙巖體是各種巖體工程和環(huán)境工程中經(jīng)常遇到的一種復(fù)雜工程介質(zhì)。在承受工程荷載時(shí)，巖體中大量的裂隙開始萌生、擴(kuò)展和貫通，導(dǎo)致巖體介質(zhì)力學(xué)性能的劣化以致最終破壞。因此，巖體中原生裂隙的擴(kuò)展演化特征、破裂模式以及對(duì)巖體力學(xué)特性的影響一直為學(xué)術(shù)界和工程界所重視。 鑒于三維問題在數(shù)學(xué)處理和現(xiàn)象觀測上的復(fù)雜性，人們對(duì)裂隙問題的研究往往簡化為二維情況來處理，但裂隙大都處于三維應(yīng)力狀態(tài)(表面裂隙或深埋裂隙)，把三維裂隙簡化為二維裂隙會(huì)引起較大差

2、距。因此，近年來有關(guān)三維裂隙擴(kuò)展演化機(jī)制及其對(duì)巖體材料力學(xué)特性影響的研究成為巖土工程重要研究課題。 目前壓縮條件下巖體中三維裂隙擴(kuò)展演化機(jī)制的試驗(yàn)研究已有一些，但由于試驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)方面的制約，拉伸條件下相應(yīng)的成果很少。巖石材料具有低抗拉性，在較低拉伸應(yīng)力作用下內(nèi)部裂隙就開始擴(kuò)展、貫通導(dǎo)致材料破壞。巖體工程中不可避免的要遇到拉應(yīng)力區(qū)，因此開展拉伸條件下三維裂隙擴(kuò)展演化機(jī)制以及對(duì)巖體力學(xué)特性影響的研究具有重要的理論意義和工程價(jià)值。

3、 物理試驗(yàn)方法和數(shù)值模擬方法是研究裂隙擴(kuò)展問題的有效手段。本文結(jié)合這兩種方法開展了以下研究工作： 1、通過閱讀大量文獻(xiàn)，分析比較了以往三維裂隙巖體斷裂機(jī)理試驗(yàn)中所用各種材料的優(yōu)缺點(diǎn)。結(jié)合本試驗(yàn)情況，研制了脆性砂漿材料，其物理力學(xué)參數(shù)與砂巖接近，代替真實(shí)巖石進(jìn)行試驗(yàn)可表現(xiàn)出類似的受力變形特征，并且該材料方便埋設(shè)三維裂隙。 2、由于巖石材料直接拉伸試驗(yàn)技術(shù)不成熟，故改進(jìn)了目前采用較多的夾具法和黏結(jié)法，設(shè)計(jì)加工了適用于脆

4、性材料單軸拉伸試驗(yàn)的端部擴(kuò)大型試件模具、與試件形狀配套的夾具以及黏結(jié)拉伸軸向定位裝置。 3、制作了含不同形式(不同角度、不同間距和不同數(shù)量)內(nèi)置裂隙的試件，并對(duì)其進(jìn)行了單軸拉伸試驗(yàn)，得到了各試件的應(yīng)力應(yīng)變曲線，觀察分析了試件的受力變形過程，總結(jié)了內(nèi)置裂隙角度、間距及數(shù)量對(duì)材料力學(xué)特性以及裂隙擴(kuò)展演化過程的影響。 4、制作了含不同傾角表面裂隙的試件，并對(duì)其進(jìn)行了單軸拉伸試驗(yàn)，得到相應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變曲線，觀察分析了試件的受力變形