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弹脆性岩石损伤演化的细观数值研究及工程应用

作　者: 王正一
导　师: 王利
学　校: 河南理工大学
专　业: 工程力学
关键词: 弹脆性岩石细观结构损伤演化数值模拟灾害预测
分类号: TU452
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

岩石的力学行为是由其内在的细观结构所决定的,大量细观单元的强相互作用构成了岩石宏观试件复杂的力学性质。因此,认识宏观试件复杂行为的有效方法是从细观结构的力学行为研究开始,通过某种综合性的方法,得到宏观试件的总体力学行为。本文在实验研究和理论分析的基础上,建立了岩石细观损伤演化的力学模型,利用格型有限元模型,将大量细观单元的强相互作用反映到宏观试件的力学行为。通过细观单元微损伤的不可逆演化,反映了岩石试件应变软化的力学特征。作为上述原理的验证,本文首先模拟了二维平板在自适应位移加载条件下,从点状微损伤斑图到宏观贯通断裂的不可逆的分形生长过程。其中的微损伤机制全部采用拉应变准则,数值程序是在ANSYS平台上的参数化程序。数值模拟的岩石应力应变曲线与实验室曲线具有同样的特征,说明了细观损伤模型的正确性。然后,模拟了岩石隧道破坏区的损伤演化过程,模拟结果与现场岩爆观测事实非常一致。这说明了岩爆发生确实存在一个动力学的演化过程,其孕育阶段是可以通过数值模拟方法进行预测。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
1 绪论  10-20
  1.1 选题意义  10-12
  1.2 文献综述  12-19
    1.2.1 岩石损伤力学的研究进展  12-14
    1.2.2 细观损伤力学的研究方法  14-15
    1.2.3 岩石尺寸效应的研究方法  15-17
    1.2.4 岩石动力学灾害的类型及其共同特征  17-19
  1.3 本文的研究内容和方法  19-20
2 岩石力学性质的试验研究  20-32
  2.1 单轴和三轴压缩下岩石力学试验  20-26
    2.1.1 试验设备简介  20-22
    2.1.2 岩石试件的制备  22
    2.1.3 单轴压缩下岩石实验结果  22-24
    2.1.4 三轴压缩下岩石试验结果  24-26
  2.2 岩石试件力学实验结果分析  26-29
  2.3 岩石试件损伤演化过程的细观特征  29-31
  2.4 本章小结  31-32
3 岩石细观损伤斑图模型研究  32-38
  3.1 细观单元的选取  32
  3.2 细观无序性的引入  32-33
  3.3 细观单元损伤斑图模型  33-36
    3.3.1 细观损伤变量的定义  33-34
    3.3.2 不可逆损伤演化方程  34
    3.3.3 非平衡迭代  34-35
    3.3.4 自适应加载  35-36
  3.4 本章小结  36-38
4 岩石细观损伤演化过程的数值研究  38-55
  4.1 有限元法简介  38-39
  4.2 ANSYS 软件简介  39-40
  4.3 数值模拟步骤  40
  4.4 岩石单轴压缩细观损伤数值模拟  40-48
    4.4.1 力学参数的选取  40-41
    4.4.2 损伤斑图的生长过程  41-47
    4.4.3 无序性对宏观力学量的影响  47-48
  4.5 岩石单轴拉伸细观损伤数值模拟  48-53
    4.5.1 力学参数的选取  48-49
    4.5.2 损伤斑图的生长过程  49-53
  4.6 斑图生长对灾变预测的启示  53-54
  4.7 本章小结  54-55
5 岩石尺寸效应细观损伤数值模拟  55-61
  5.1 力学参数的选取  55-56
  5.2 数值模拟方案  56
  5.3 数值模拟实验结果及分析  56-60
  5.4 本章小结  60-61
6 岩爆孕育过程的数值模拟  61-67
  6.1 岩爆类型及“V”形岩爆特征  61-62
  6.2 “V”形岩爆损伤演化过程的细观数值模拟  62-66
    6.2.1 岩爆数值模拟参数及模拟方案  62-63
    6.2.2 岩爆损伤演化过程模拟结果  63-66
  6.3 本章小结  66-67
7 主要结论与研究展望  67-69
  7.1 主要结论  67
  7.2 研究展望  67-69
参考文献  69-73
作者简历  73-74
  一、基本情况  73
  二、学术论文  73
  三、获奖情况  73
  四、研究项目  73-74
学位论文数据集  74-75
详细摘要  75-77

弹脆性岩石损伤演化的细观数值研究及工程应用

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