层状岩体裂隙在层理面的扩展演化特性

论文摘要

随着中国经济和技术的快速发展,近年来大型基础设施建设正在如火如荼的进行中,构建于层状岩体中的隧道及地下空间工程不断涌现,层状岩体裂隙的扩展演化机理成为亟待突破的科学问题。由于自然状态下的层状岩体取材及加工较为不易,本文采取层状岩体类岩石试样替代层状岩体进行试验研究。试验在劈裂条件下进行试验,并结合数值软件PFC来探究层状岩体裂隙在层理面的扩展演化特性。本文的主要研究内容如下:（1）确定材料配合比,试验选用普通硅酸盐水泥、河沙和自来水按照配合比浇筑层状岩体类岩石试样。通过单轴压缩和巴西劈裂测定材料的抗压强度和抗拉强度,进而对比页岩与层状岩体类岩石试样力学性能。试验方案设计有6种层理面倾角和3类预置裂隙,对层状岩体类岩石试样进行劈裂试验,并记录试样表面裂纹的扩展过程和试样的荷载位移曲线,进一步分析劈裂条件下试样在不同层理面倾角和预置裂隙位置对层状岩体裂隙在层理面的扩展演化。（2）基于试验,采用颗粒流数值软件—PFC2D进行层状岩体裂隙在层理面的扩展演化特性的数值模拟研究。由于模型细观参数与试验宏观现象没有直接联系,首先通过标定试验,建立宏观与微观的映射联系。标定试验的目的在于确定细观参数,可以用模型细观参数阐述层状岩体裂隙在层理面扩展演化特性的宏观结果。（3）对比试验和模拟结果,探究层理面倾角和预置裂隙位置对层状岩体裂隙在层理面扩展演化特性的影响,记录了层状岩体裂隙在层理面的扩展演化过程和模型组成颗粒位移场的演化途径,并深入探究围压对层状岩体裂隙在层理面的扩展演化的影响。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 选题背景和研究目的及研究意义
•   1.2 国内外研究状况
•     1.2.1 理论研究现状
•     1.2.2 试验研究现状
•     1.2.3 数值模拟研究现状
•   1.3 本文主要研究内容
•   1.4 研究技术路线
• 2 层状岩体裂隙在层理面扩展演化特性的试验研究
•   2.1 引言
•   2.2 层状岩体岩层材料力学参数测定
•     2.2.1 试验试样制作
•     2.2.2 层状岩体岩层的力学参数测定
•     2.2.3 试验结果分析
•   2.3 层状岩体类岩石试样的制备
•   2.4 层状岩体的劈裂试验
•   2.5 层状岩体劈裂试验结果分析
•     2.5.1 试样层理面倾角对层状岩体裂隙在层理面扩展演化的影响
•     2.5.2 预置裂隙对裂隙在层理面扩展演化的影响
•     2.5.3 相同层理面倾角不同预置裂隙试样裂隙在层理面的扩展演化
•     2.5.4 试样受力曲线分析
•   2.6 本章小结
• 3 数值模型构建及细观参数标定
•   3.1 引言
•   3.2 PFC的概述
•     3.2.1 PFC2D的基本假设
•     3.2.2 PFC2D5.0 的优点
•     3.2.3 接触模型的选取
•   3.3 层状岩体岩层材料参数标定
•   3.4 层状岩体模型试样构建及层理面参数标定
•     3.4.1 层状岩体模型试样构建
•     3.4.2 层理面细观参数标定
•   3.5 本章小结
• 4 层状岩体裂隙在层理面的扩展演化特性的PFC2D模拟研究
•   4.1 引言
•   4.2 模拟结果分析
•     4.2.1 裂隙发育过程分析
•     4.2.2 层理面摩擦系数对层状岩体裂隙在层理面扩展演化的影响
•     4.2.3 层理面倾角对试样裂隙在层理面扩展演化的影响
•     4.2.4 预置裂隙对试样裂隙在层理面扩展演化的影响
•     4.2.5 围压对裂纹的扩展演化特性的影响
•     4.2.6 围压对层状岩体整体强度的影响
•   4.3 试验与模拟结果对比分析
•   4.4 本章小结
• 5 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 马文亚

导师: 常旭

关键词: 层状岩体,劈裂试验,层理面,裂隙的扩展演化,颗粒流数值模拟

来源: 河南理工大学

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: 河南理工大学

基金: 国家自然科学基金项目(51674100)

分类号: TU45

DOI: 10.27116/d.cnki.gjzgc.2019.000208

总页数: 78

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