【摘 要】
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基于工程实践的需求,研究裂隙岩体在压缩条件下的变形破坏机制具有重要的现实意义,但是天然裂隙的不可重复性使得在采用天然裂隙岩体材料开展试验时,对试验结果的解释往往变得非常复杂。本文借助二维颗粒流程序(PFC2D)标定了砂岩的平行黏结接触模型细观参数,并模拟了预制单裂隙、双裂隙、三裂隙以及多裂隙砂岩试样的单轴压缩力学行为和裂纹演化过程。主要的研究内容和结论如下:首先,分析了平行黏结接触模型细观参数(有
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基于工程实践的需求,研究裂隙岩体在压缩条件下的变形破坏机制具有重要的现实意义,但是天然裂隙的不可重复性使得在采用天然裂隙岩体材料开展试验时,对试验结果的解释往往变得非常复杂。本文借助二维颗粒流程序(PFC2D)标定了砂岩的平行黏结接触模型细观参数,并模拟了预制单裂隙、双裂隙、三裂隙以及多裂隙砂岩试样的单轴压缩力学行为和裂纹演化过程。主要的研究内容和结论如下:首先,分析了平行黏结接触模型细观参数(有效模量E*、抗拉强度(?)和黏聚力(?)等)对宏观参数(峰值强度σp、弹性模量E和泊松比ν等)的影响规律和显著性。得知,影响σp最显著的细观参数是(?)和(?),对E影响显著的是E*和(?),对ν影响显著的是E*、(?)和(?)。还运用“试错法”得到一组能够准确反映完整砂岩试样单轴压缩宏观力学特性的平行黏结接触模型细观参数。接着,模拟研究含单裂隙、双裂隙和三裂隙砂岩试样单轴压缩下的力学行为和裂纹演化过程。在预制单裂隙时,试样的σci(起裂应力)和σp均随着裂隙倾角α的增加而增加;裂纹的演化分为翼裂纹缓慢扩展、次生裂纹萌发和次生裂纹快速发展使得试样破坏等3个阶段。预制双裂隙时,随着裂隙倾角β的增加,σci先增后减,而σp变化的规律性不强。当预制三裂隙时,随着裂隙倾角γ增大,强度参数先减小再增大,后减小,而变形参数保持稳定;当γ≤15°时,试样呈拉剪破坏;当15°<γ≤60°时,试样破坏模式没有突出的特征;当γ>60°时,试样呈拉伸破坏。在预制双裂隙和三裂隙时,试样的裂纹演化过程均可总结为:裂纹萌生、裂纹缓慢发展、裂纹快速发展和试样破坏等4个过程。最后,模拟研究了单轴压缩下多裂隙砂岩试样的力学行为和裂纹演化情况。当裂隙形式有序时,σp对裂隙数目n的敏感性远小于裂隙的倾角η,而E随着n和η的增大分别减小和增大;试样的破坏模式受n和η的影响,并由裂隙的排间和排内裂纹形式决定。当裂隙形式无序时,σp和E整体上随着裂隙的数目m和裂隙的总长度L0的增加而减小;裂纹的演化主要分为裂纹萌生、裂纹稳定发展和裂隙贯通使得岩样破坏等3个阶段;通过Mori-Tanaka方法得到损伤强度理论能够很好地验证模拟获得的单轴压缩下不同裂隙面密度试样峰值强度结果。
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