岩石闭合裂纹扩展机理研究

论文摘要

天然岩体中的节理或裂隙在压剪应力状态下是以闭合的状态存在着的。研究闭合裂纹在不同摩擦系数影响下的起裂、扩展以及贯通的规律对含裂隙岩质边坡的失稳破坏、深部采矿以及放射性物质的深埋等诸多岩石工程领域都有十分重要的意义。本文基于断裂力学理论和材料强度理论对压剪应力状态下裂纹的扩展进行了研究,并使用APDL编写命令流的形式在考虑裂纹面接触摩擦效应的影响下对受压状态下闭合裂纹的起裂、扩展以及贯通进行了一系列的数值模拟,并得出了以下几点结论:(1)含闭合斜裂纹平板模型在单轴压缩应力作用下,张拉裂纹的起裂角随裂纹面摩擦系数的增大而减小,其扩展轨迹曲线的曲率越来越小;(2)含闭合斜裂纹平板模型若在较高压缩应力水平作用下,剪切裂纹开始起裂,其扩展形式属于失稳扩展。同一倾角的闭合裂纹在受压作用下,摩擦系数越大,张拉型裂纹起裂和扩展越困难,而试样的破坏逐渐转变为以剪切裂纹扩展为主。当摩擦系数达到某一值时,张拉裂纹不起裂,此时在荷载增加下,试样的破坏过程完全以剪切裂纹扩展呈现。(3)随着摩擦系数的增大,剪切裂纹在起裂和扩展过程中会造成张拉裂纹闭合进而导致其止裂,最终剪切裂纹的扩展主导试样失稳破坏。(4)在不同岩桥倾角下平行裂纹贯通的形式不同。岩桥倾角越小时裂纹的贯通只由剪切裂纹的扩展导致,当岩桥倾角增大时,裂纹的贯通由剪切裂纹和张拉裂纹共同导致,当岩桥倾角继续增大到某一值时,裂纹的贯通只由张拉裂纹的扩展导致。(5)双轴受压作用下,闭合裂纹的倾角越小时,则受围压的影响越大导致其张拉裂纹的扩展长度变短。随着摩擦系数的增大,张拉裂纹的扩展停止,特别是剪切裂纹开始扩展时,张拉裂纹闭合并止裂。此时剪切裂纹主导试样破坏。当摩擦系数增大到某一定值时,剪切裂纹代替张拉裂纹最先起裂。

论文目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 引言

1.2 研究现状

1.2.1 理论研究现状

1.2.2 数值研究现状

1.2.3 APDL二次开发介绍

1.3 本文研究方法及主要内容

1.3.1 研究方法

1.3.2 研究内容

2 研究闭合裂纹所面临的问题

2.1 引言

2.2 应力强度因子的计算

2.2.1 权函数法

2.2.2 J 积分法

2.2.3 边界配点法

2.2.4 基于有限元原理的位移法

2.2.5 应力强度因子的计算结果

2.3 裂纹面的接触问题

2.4 断裂判据

2.4.1 线弹性断裂力学的断裂判据

2.4.2 基于强度准则的断裂判据

2.5 闭合裂纹模拟所面临的问题

2.6 本章小结

3 单轴压缩作用下裂纹扩展规律研究

3.1 引言

3.2 单轴受压状态下翼型裂纹的起裂

3.3 翼型裂纹扩展规律

3.3.1 翼型裂纹扩展过程分析

3.3.2 摩擦系数对翼型裂纹扩展的影响

3.4 剪切裂纹扩展规律

3.5 不同倾角的岩桥下裂纹贯通规律

3.6 本章小结

4 双轴压缩作用下裂纹扩展规律研究

4.1 引言

4.2 双轴受压状态裂纹的扩展规律

4.2.1 裂纹倾角β=30°

4.2.2 裂纹倾角β=45°

4.2.3 裂纹倾角β=60°

4.3 本章小结

5 岩质边坡工程算例

5.1 工程背景

5.2 边坡裂纹扩展数值模拟

5.3 本章小结

6 结论

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王琪

导师: 唐世斌

关键词: 闭合裂纹,接触摩擦,张拉裂纹,剪切裂纹,裂纹贯通

来源: 大连理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 大连理工大学

分类号: TU45

DOI: 10.26991/d.cnki.gdllu.2019.002601

总页数: 79

文件大小: 5019K

下载量: 84

岩石闭合裂纹扩展机理研究

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢