基于分形与损伤理论的岩石声—应力相关性研究

摘要

自六十年代超声波测试技术应用到岩石工程领域以来，由于其原理简单、操作方便以及成本低廉等优点，因而得到岩石工程界的广泛重视，并已经进行了大量的理论与试验研究。然而岩石的声—应力相关性研究到目前仍无一个完善的可用于实际工程的可靠模型，其测试精度及测试结果的可靠性也就无法评价。因此本文的工作重点就是建立岩石声—应力相关性的理论模型，推导出岩石声—应力理论公式，并进行岩石声—应力相关性的试验研究，以验证其正确性。本文的主要工作如下： 1.从孔隙度和孔隙形状、泥质含量、孔隙水及饱和度、压力、温度等几个方面研究对超声波速的影响，并采用分形理论对岩石声—应力的相关性进行初步的研究。 2.建立单一微裂纹在单轴压缩荷载作用下的力学模型，采用宏观复合型断裂理论中的最大周向应力理论，提出了单一微裂纹在单轴压缩荷载作用下呈折线型发展的趋势；运用损伤力学和断裂力学理论求出单一微裂纹达到稳定时的形态尺寸。 3.根据目前分形损伤理论的研究成果，求出不同荷载阶段的分形维数；由分形维数的定义导出了不同荷载阶段的裂纹个数的变化情况；结合单一微裂纹的形态尺寸，求出不同荷载阶段中岩石孔隙率与荷载值之间的关系；利用目前被广泛采用的超声波纵波速度与孔隙率的关系式，最终导出单轴压缩荷载作用下岩石超声波纵波速度与应力的关系式。 4.在对岩石试件施加单轴压缩荷载作用的同时，采集相应的声学参数，记录下不同荷载值对应的波速的变化情况，作出声—应力曲线，并与理论声—应力曲线进行比对，结果表明，在同一应力水平下，由理论公式得出的纵波速度值介于由试验测得的轴向波速值和横向波速值之间。

目录

文摘

英文文摘

重庆交通学院学位论文原创性声明及重庆交通学院学位论文版权使用授权书

第一章绪论

第二章岩石超声波传播特性及影响因素分析

第三章基于岩石损伤断裂理论的裂纹体积计算模型研究

3.1岩石的宏观力学性质

3.2岩石的损伤特性

3.3岩石的损伤模型

3.4岩石的微观断裂理论

3.5岩石的宏观复合型断裂理论

3.6单一微裂纹力学研究模型的建立

3.7应力强度因子的求取

3.8岩石断裂角的求取

3.9岩石的宏观断裂模式

3.10裂纹端部场的求取

3.11裂纹倾斜角度的确定

3.12裂纹长度的求取

3.13单个裂纹体积的求取

3.14本章小结

第四章基于分形理论的岩石声—应力相关性理论模型研究

第五章岩石声—应力相关性的试验研究

第六章结论与建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及参与科研情况

致谢