高应力条件下岩石变形全过程统计损伤模拟方法

摘要

随着浅部资源的日益减少，进入深部开采已经成为国内外矿产资源开采的趋势。深部岩石处于“三高一扰动”的复杂环境，使得深部岩体的力学特性与浅部岩石相比有明显的差别，同时也在造成了岩爆、突水、顶板大面积来压和采空区失稳等灾害性事故在程度上加剧，频度上提高，成灾机理更加复杂。深入的研究高应力条件下的岩体力学性质对于避免深部资源开采过程中的重大事故发生，具有重要的理论指导意义和现实意义。而岩石变形全过程模拟能有助于了解岩石的力学性质。因此为了更好的阐释深部岩石的力学特性，本文建立了适用于高应力条件下的岩石统计损伤本构模型。
　　为建立能够反映高应力条件下岩石变形全过程模拟方法，首先，对现阶段国内外的相关研究成果进行总结和归纳，了解岩石强度准则的适应条件，探讨岩石材料的变形机理和变形过程，并对岩石的力学性质进行了深入的研究为建立岩石的本构模型打下基础。
　　采用非线性的Mohr-Coulomb强度准则以适用高应力条件下的岩石，并在此基础上提出了高应力条件下岩石微元强度度量方式，同时，引入统计损伤理论，考虑损伤阀值对岩石损伤度量的影响从而建立了统计损伤本构模型;其次，根据岩石三轴试验曲线特征给出了模型参数的确定方法，并在峰值应力和峰值应变分别与围压之间的关系基础上建立了能够反映不同围压下岩石变形的统计损伤本构模型。
　　通过对Hoek-Brown准则的修正，使其能够描述高应力条件下岩石的破坏特征，并引入统计损伤理论，考虑残余强度对岩石损伤度量的影响从而建立了统计损伤本构模型。
　　最后，将试验曲线与本文模型的预测结果进行比较分析。研究结果表明:本文模型不仅能够反映深部岩石的变形过程，还能较好地反映岩石强度随围压变化的特性，表明了本文模型与方法具有一定的合理性和可行性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 岩石强度准则研究概况

1．2．1 传统的岩石强度理论

1．2．2 高应力条件下强度准则的研究现状

1．3 岩石本构关系的研究现状

1．3．1 基于经典的连续介质理论岩石本构模型

1．3．2 流变本构模型

1．3．3 损伤力学模型

1．4 损伤力学的研究方法

1．5 本文研究方案及主要内容

第2章 岩石的变形机理和变形过程

2．1 概述

2．2 岩石单轴压缩的变形特征

2．2．1 峰值前岩块的变形特性

2．2．2 峰值后岩块的变形特性

2．3 岩石的变形过程

2．3．1 岩石三轴压缩变形特性

2．3．2 岩石在三向应力状态下的变形过程

2．4 岩石的力学特性

2．4．1 岩石的体积变化特性

2．4．2 岩石的残余强度特性

2．4．3 侧向压力对岩石变形过程的影响

2．5 本章小结

第3章 基于Mohr-Coulomb准则高应力条件下岩石变形全过程模拟

3．1 概述

3．2 基于应变等价假设的岩石损伤模型

3．3 基于Mohr-Coulomb准则的岩石变形全过程模拟

3．3．1 统计损伤本构模型

3．3．2 模型参数的确定

3．4 本章小结

第4章 基于Hoek-Brown准则高应力条件下岩石变形全过程模拟

4．1 概述

4．2 岩石残余强度变形阶段变形特征

4．3 基于Hoek-Brown准则的岩石损伤本构模型

4．3．1 Hoek-Brown强度准则改进研究

4．3．2 统计损伤模型

4．3．3 岩石损伤本构模型参数的确定方法

4．4 本章小结

第5章 工程实例分析

5．1 概述

5．2 工程实例一

5．3 工程实例二

5．4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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