基于3D打印技术的节理岩石试样力学特性试验及颗粒流模拟

论文摘要

结构面的存在使得岩体的力学强度大幅度的降低,同时岩体内部的结构面对岩体的变形与破坏起着控制作用。节理岩体的破坏在很大程度上取决于节理面的性质,所以节理岩体的主要力学性质与节理的强度特性有紧密的联系。随着地下工程、采矿及石油开采等工程的推进,涉及到的岩体工程的规模不断地扩大,对节理岩体的力学性质及破坏机理的研究需求更加的迫切。本文通过相似材料浇筑的含节理类岩石试样为研究对象,通过实验和理论分析相结合的方法,针对目前对于节理岩体单轴三轴压缩强度研究较少、不深入的现状,以及实际工程的需要,本文完成了以下主要研究工作:（1）利用分形维数来描述节理面粗糙度系数,加工制作了5种具有不同节理粗糙度（JRC=2、7、12、17、22）和5种不同倾角（0°、30°、45°、60°、90°）的节理面模具,在此基础上预制了不同JRC值、不同节理倾角的节理岩石试样。（2）采用高温高压岩石三轴压缩仪,对不同节理倾角、不同节理粗糙度系数、不同围压下的岩石试样进行了常规三轴压缩试验,探讨了节理倾角、节理粗糙度及围压变化对岩石宏观强度及变形特性的影响规律,同时结合声发射技术,揭示了节理岩石的裂纹演化机理。（3）利用PFC2D离散元程序,构建模拟试样进行了常规三轴压缩试验,分析了其宏观力学特性随节理粗糙度、节理倾角以及围压的变化规律,揭示了节理岩体不同条件下受压破坏下裂纹扩展的细观力学响应机制,重点分析了室内试验中难以得到获得的模拟结果,如节理面处微裂纹发育特征、细观应力场以及细观位移场分布,从而对试验结果进一步验证和补充。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 变量注释表
• 1 绪论
•   1.1 问题的提出及研究的意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 主要研究内容与方法
•   1.4 研究方法与技术路线
• 2 含节理粗糙度类岩石材料破裂力学行为试验研究
•   2.1 试验设计
•   2.2 含节理粗糙度类岩石试样制备
•   2.3 试验设备及加载程序
•   2.4 完整类岩石试样的力学性质分析
•   2.5 含节理试样强度及变形特征分析
•   2.6 含节理试样破坏机理分析
•   2.7 本章小结
• 2D模型构建及节理细观参数敏感性分析'>3 节理岩石PFC^2D模型构建及节理细观参数敏感性分析
• 2D简介'>  3.1 PFC^2D简介
•   3.2 模型构建
•   3.3 节理细观参数参数敏感性分析
•   3.4 本章小结
• 4 节理岩石材料破裂力学行为数值模拟研究
•   4.1 模型试样及模拟程序
•   4.2 类岩石材料细观参数标定
•   4.3 类岩石节理试样模拟结果分析
•   4.4 裂纹扩展细观机理分析
•   4.5 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: 陆家炜

导师: 杨圣奇

关键词: 节理岩体,节理粗糙度系数,三轴压缩试验,打印技术,颗粒流模拟

来源: 中国矿业大学

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: 中国矿业大学

基金: 江苏省333高层次人才科研资助项目(2017年),国家自然科学基金重点项目(51734009)

分类号: TU45

总页数: 144

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