岩石拉伸强度的物理试验与数值模拟研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:jackydu
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在岩体工程中,拉伸断裂是引起岩体失稳破坏的主要原因,也是影响岩体安全稳定性分析的重要因素。如何获取岩石或岩体的拉伸强度,是岩石力学研究者需要研究的一个重要问题。一个方面,在巴西劈裂试验中,由于岩石的泊松效应存在,试验获取的拉伸强度必然与试样的厚度密切相关,这与建立在平面假设基础上的巴西劈裂试验计算公式是不一致的。另外一个方面,如何在现场确定节理岩体的拉伸强度,也是岩石力学工作者面临的难题。为了研究岩石或岩体拉伸强度参数的获取方法、影响因素及节理岩体拉伸破坏过程中的各向异性、尺寸效应问题,本文综合采用巴西劈裂试验、直接拉伸试验方法,开展了节理岩体拉伸强度的尺寸效应、各向异性研究,希望揭示巴西劈裂试验中的三维效应,并提出一种获取岩体拉伸强度数值试验方法。本文的主要成果如下:(1)开展岩石巴西劈裂试验和直接拉伸试验的三维效应研究,探讨了不同厚径比对圆盘拉伸强度和劈裂破坏特征的影响,并考虑了直接拉伸试验中不同截面尺寸对抗拉强度及失稳现象等影响:(1)劈裂拉伸强度在厚度方向上存在明显的三维效应,圆盘厚度越大,其抗拉强度越小,且初始裂纹发生在外表面的中间截面处,纵向扩展形态为直线型劈裂裂纹,并沿厚度方向逐渐贯通失稳;(2)在直接拉伸试验中,三维效应对抗拉强度影响较小。数值模拟可以清晰解释厚度对断裂模式的影响规律。(2)考虑了巴西劈裂试验与直接拉伸试验对确定形变参数的影响,基于RFPA2D数值软件,进行了节理岩体拉伸强度的尺寸效应模拟研究,获得了应变场及声发射场的演化过程,确定了拉伸强度的表征单元体尺寸,其研究表明:(1)两种不同强度测定方法所得到的拉伸强度表征单元体尺寸相同;(2)巴西劈裂试验的破坏模式多为沿加载方向的劈裂破坏,而在直接拉伸试验中多为沿弱节理面的剪切-劈裂复合型破坏。(3)开展了含不同角度节理岩体的巴西劈裂与直接拉伸模拟研究,对比分析了两种试验方法和节理角度对拉伸强度各向异性的影响,得到:两种试验方法均存在拉伸强度的各向异性,随节理角度的变化,拉伸强度先减小后增大,其曲线形态呈椭圆状。本文围绕岩石或岩体的拉伸强度的测试方法中的问题,研究了巴西劈裂试验中圆盘厚度对拉伸强度和拉伸断裂模式的影响,并采用随机裂隙网络模拟的方法建立节理岩体数值计算模型,通过开展大尺度的巴西劈裂试验与直接拉伸数值试验,研究节理岩体的尺寸效应和各向异性问题,为岩石或岩体的拉伸强度参数的确定提供理论和方法上的支持,对于岩石力学测试方法和工程应用都具有一定理论意义和工程应用价值。
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