巖石損傷破壞的臨界識別與強度變化規(guī)律研究.pdf

1、巖石細觀損傷的研究是近年來巖石力學領域中的熱點課題。論文主要研究巖石損傷破壞的臨界識別問題，以巖石的細觀結構特征為切入點，以損傷力學為理論基礎，以CT實驗為研究手段，使用CT圖像處理技術、損傷理論分析、分形理論分析和改進的裂紋應變模型計算法，對巖石損傷破壞臨界狀態(tài)的信息及強度變化規(guī)律進行研究。
　?。?）進行了砂巖的CT掃描實驗，得到多組掃描層的CT圖像。CT圖像可以反映出巖石的細觀結構和內部微裂隙變化情況。砂巖在外界不斷加載的過

2、程中其內部微裂隙閉合、萌生和擴展，首先在砂巖內部最薄弱處微裂隙發(fā)生貫通，然后應力重新分配導致次薄弱位置處破壞，直到巖石整體出現宏觀破壞。巖石微裂隙發(fā)展的局部化現象和損傷累積效應的存在導致了巖石損傷破壞臨界狀態(tài)之后的損傷速率加速增長。
　?。?）MATLAB軟件的數字圖像處理功能實現了CT圖像的處理。偽彩色增強提高了圖像的分辨率，減少了視覺上的辨別誤差，便于辨別出初始損傷和貫通裂紋的位置；使用Canny邊緣檢測算子對CT圖像進行邊緣

3、檢測，獲得砂巖細觀結構的二值圖像，其能將砂巖材料與微裂隙區(qū)分開顯示，準確顯示出微裂隙的空間位置；基于CT圖像上灰度級的頻數，獲得砂巖的CT數直方圖，砂巖損傷演化引起直方圖中灰度級頻數的變化，直方圖中峰形形狀的尖銳、平緩表示損傷程度的大小。
　　（3）利用分形理論研究砂巖細觀結構特性，結合CT圖像上灰度值的變化規(guī)律，定量分析了砂巖損傷破壞的臨界信息。加載過程中巖石內部密度發(fā)生變化，這導致CT圖像上灰度的變化。CT圖像中某一位置線上灰

4、度值的變化曲線是一種起伏、粗糙的曲線，利用描述粗糙曲線的粗糙度Rd指標定量分析砂巖損傷演化規(guī)律。結果表明荷載水平在0.8左右時，Rd值波動大，損傷變量加速增大，這表明損傷進入了加速發(fā)展階段，此時巖石處于損傷破壞的臨界狀態(tài)，從而合理預測巖石的損傷破壞。
　?。?）改進裂紋應變模型計算法，完善砂巖起裂強度和損傷強度的確定方法，進而研究砂巖損傷破壞過程中強度變化規(guī)律。裂紋應變模型計算法可以較為方便和準確地確定砂巖斷裂前的強度特征，裂紋體