【摘 要】
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为了探究岩石的稳定性,以花岗岩为研究对象,以含水状态和初始裂纹长度为外界因素,以单轴压缩、三点弯曲试验和数值模拟为研究方法,研究了断裂特性、裂纹扩展过程和声发射特征,以及结合边界效应模型,预测断裂韧度和强度。对花岗岩进行如下几个方面的分析:(1)从断裂特性分析,当含水状态(干燥、自然和饱水)相同时,断裂能随着初始裂纹长度有减小的趋势;当初始裂纹长度相同时,干燥试件的断裂能最大,自然试件居于中间,饱
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为了探究岩石的稳定性,以花岗岩为研究对象,以含水状态和初始裂纹长度为外界因素,以单轴压缩、三点弯曲试验和数值模拟为研究方法,研究了断裂特性、裂纹扩展过程和声发射特征,以及结合边界效应模型,预测断裂韧度和强度。对花岗岩进行如下几个方面的分析:(1)从断裂特性分析,当含水状态(干燥、自然和饱水)相同时,断裂能随着初始裂纹长度有减小的趋势;当初始裂纹长度相同时,干燥试件的断裂能最大,自然试件居于中间,饱水试件最小;当含水状态相同时,断裂韧度随着初始裂纹长度有先增大后减小的趋势;当初始裂纹长度相同时,干燥试件断裂韧度最大,自然试件居于中间,饱水试件最小。峰值载荷-初始裂纹长度拟合关系呈线性,依据此推算出的断裂韧度和实际断裂韧度相差较小。(2)借助单轴试验获得相关力学参数,利用RFPA2D软件模拟三点弯曲。从裂纹扩展角度分析,当含水状态相同时,随着初始裂纹长度的增大,起始破裂点在裂纹尖端或裂纹附近处随机出现,到达峰值载荷时,裂纹扩展长度逐渐缩短,且呈曲折线发展。此时,声发射累积能量和声发射累积事件整体呈减小趋势。当初始裂纹长度相同时,干燥试件裂纹扩展长度相对较长,饱水试件相对较短,自然试件居于中间,饱水试件相对较短,且干燥试件声发射累积能量和饱水试件声发射累积声发射事件最大,自然试件居于中间。(3)借助三点弯曲试验结果,且结合边界效应理论,探究了花岗岩的边界效应曲线和断裂破坏模式。三种含水状态下,在虚拟裂纹扩展量(干燥和自然为0-5mm,饱水为0-9mm)的讨论范围内,虚拟裂纹扩展量的增大均会导致拟合曲线斜率的小幅增大,进而导致试件断裂韧度的小幅减小,拟合曲线的抗拉强度比较明显;五种初始裂纹长度情况下,虚拟裂纹扩展量分别为2.5、3和9mm时,边界效应趋势图和试验曲线比较接近,建立了岩石破坏曲线。在此三种虚拟裂纹扩展量下,满足线弹性断裂力学范围内,最小理论尺寸分别为:1095-1739、1134-1780和1197-1803mm;虚拟裂纹扩展量和初始裂纹长度的改变,断裂破坏模式并不受到影响,其均为准脆性断裂破坏。
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