双轴压缩下多裂纹体类岩石材料破坏试验与分形研究

摘要

在工程中岩体的失稳破坏过程实质就是岩体中的裂隙在工程扰动下的萌生、扩展、及贯通的过程；大量的岩体工程实践表明，岩体的失稳破坏与其岩体中裂隙的分布形式及所处周围的应力环境等因素相关，因此研究裂隙岩体的变形、破坏规律及贯通模式具有重要的意义。本文以预制多裂纹体类岩石试件，在双轴压缩下裂纹的扩展及试件破坏特性来进行分析，本文主要内容如下：
　　（1）制备出120组裂纹倾角为30°、45°、60°及裂纹条数为10、15、20、25和30条的多裂纹体类岩石试件通过岩石剪切流变仪进行双轴压缩，实现不同试件在侧向应力（0.5Mpa、1.0Mpa、1.5Mpa和2.0Mpa）条件下的加载试验；记录并描述实验过程中试件的裂纹扩展情况。
　　（2）得到试件的轴向应力—应变曲线关系，曲线呈现S型，试件裂纹历经闭合阶段、弹性变形阶段、裂纹的萌生和扩展（或试件局部变形）、应变软化阶段；在不同的侧向压力与裂纹条数对其试件轴向峰值强度影响较明显，裂纹条数的增多，其峰值强度有明显的减小；随着侧向压力的增加，峰值强度增加；裂纹倾角为30°~45°比倾角为60°的峰值强度表现要低。
　　（3）进一步分析在试件裂纹条数递增时，试件的破坏形式由翼形拉裂纹逐渐发展到翼形拉裂纹与次生剪切裂纹的复合型破坏；不同侧向压力对其贯通模式的影响主要表现为，随着侧向压应力的增加，贯通模式呈现由翼形裂纹的扩展与翼形裂纹+轴向次生剪切裂纹演化为翼形裂纹+轴向和横向次生剪切裂纹；当侧向压力为0.5Mpa，试件大致贯通发生在试件的局部，以翼形裂纹+轴向次生剪切裂纹为主；当侧向压力增至2.0Mpa，不同的裂纹倾角，多裂纹体的破坏形式沿原生裂纹倾斜方向的翼形裂纹呈斜对角贯通破坏。
　　（4）通过不同多裂纹体试件在不同侧向压力下的双轴加载试验，试件破坏过程的裂纹扩展程度，采用盒子法测量试件破坏过程中不同应力点试件裂纹的分形维数，分析试件在破坏过程的分形维数变化趋势；分析其结果，试件的破坏程度越高，其相关性越好，试件的分形维数呈现出增大的趋势；试件裂纹扩展分布程度高，越密集，其所测分形维数越高。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2国内外研究现状及研究方法

1.3 本文主要的研究内容及研究目的

1.4 本文的课题来源

第二章 应力作用下裂隙岩体断裂力学特性研究

2.1 双向应力作用下岩石裂纹断裂强度特性

2.2 应力作用下压剪裂纹扩展分析

2.3 岩桥断裂贯通模式分析

2.4 本章小结

第三章 双轴压缩下多裂纹体类岩石材料破坏试验

3.1 试件的裂隙空间布置及试件制备

3.2 预制裂隙类岩石试件的双轴加载及试验过程记录

3.3 双轴压缩条件下多裂隙类岩石试件试验结果

3.4 本章小结

第四章 双轴压缩下多裂纹体类岩石材料破坏规律与贯通模式分析

4.1 双轴压缩下不同裂纹条数类岩石试件破坏规律

4.2 双轴压缩下不同裂隙倾角试件破坏规律

4.3 双轴压缩下多裂纹体类岩石试件的贯通模式

4.4 双轴加载下岩桥破坏模式分析

4.5 本章小结

第五章 双轴加载下多裂纹体类岩石试件破坏过程分形维数计算

5.1 分形理论

5.2 分形维数测量方法

5.3 分形维数测量

5.4 双轴加载下试件破坏分形维数研究

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1主要结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与科研项目