类岩石节理岩体损伤断裂试验研究

摘要

节理裂隙作为自然界岩体的构造缺陷之一，其构造特征以及物理力学性质影响和决定着整个岩体的物理力学特性。节理岩体损伤断裂机制探究，是目前岩石力学界最前沿的研究方向，也是岩体工程中急需解决的难题。
　　为了研究节理岩体单轴压缩条件下的断裂损伤破坏机制，采用水泥砂浆试验材料，通过预制节理法制备类岩石模型试件，再利用WAW-1000C微机控制电液伺服机对养护好的试件进行单轴分级加载压缩试验。压缩过程中借助ZBL-U520非金属超声波检测仪对试件进行波速测试，记录不同荷载下超声波速，同时通过PTS-C10裂纹测宽仪测量节理裂缝宽度，记录不同荷载下部分节理裂缝宽度的变化。同时在整个加载过程中采用高速摄像设备观察、记录试件节理表面新生裂纹的萌发，扩展和贯通过程。得到主要结论如下：
　　（1）岩体滑动裂纹模型理论对单轴压缩下节理尖端起裂分析是适用的，能够很好的解释实验节理起裂现象，累积损伤理论也能很好的反应试验中超声波速的衰减规律。
　　（2）单轴加载压缩过程中，节理尖端部会萌生出包括翼型裂纹、次生倾斜裂纹和次生共面裂纹三大类新生细裂纹，但是并不是所有节理尖端都会萌生新裂纹，同时在试件边界位置处会有贯穿整个试件的张拉裂纹产生。就裂纹出现先后而言，张拉裂纹一般出现较早，对于节理尖端裂纹起裂先后，最早为翼型裂纹，次生共面裂纹出现较晚。但也有与翼型裂纹同时出现的情况，而次生倾斜裂纹一般在翼型裂纹之后出现。对于含三条非连续节理的试件，加载工程中节理间往往会发生搭接现象，但参与连接的裂纹数量、位置以及连接的类型会因几何分布的变化有较大的差异，总体上呈现出张拉、剪切和拉剪复合三种连接模式，并且只含竖向和水平节理的试件仅出现了张拉与拉剪复合连接，没有出现剪切裂纹连接模式，说明裂纹的几何分布对连接模式有较大的影响。
　　（3）由于试件节理条数以及几何空间分布的不同，应力应变曲线的走势规律会相差很大，并且应力峰值、残余应力、峰值出现时应变等都会存在明显的差异，但是曲线后期变化都呈现脆性破坏曲线特性，同时比较节理起裂应力值，发现水平节理起裂时应力比竖向节理起裂时应力要小，比倾斜节理起裂时要大，尖端离试件边界越近，起裂应力值越小；而对于倾角变化对启裂应力的影响，则没有表现出明显的规律。对于含两条节理或是三条节理的试件，总体上只含有的竖向、水平节理的试件比含有倾斜节理的试件的抗压强度更高，压缩下稳定性更好。
　　（4）比较分析各试件荷载下波速变化特性，得出在对试件施加荷载前，试件的超声波速随节理条数及几何空间分布存在差异，但在同类试件中随节理倾角、夹角的变化存在一定规律。对试件加荷载后，波速随荷载增大而呈下降衰减趋势。总体相同荷载下波速在含有倾斜节理试件中的衰减最大，在只含平行、竖向节理试件中衰减较小。同时波速出现大幅下降时的荷载及下降幅度与试件节理类型及组合形式关系密切。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2节理岩体断裂损伤破坏研究现状

1.3本文的主要研究内容及创新点

1.4 技术路线

第二章 物理模型试验

2.1 引言

2.2 试件及节理几何尺寸

2.3节理的布置设计

2.4 试件的制作方法与步骤

2.5 试验设备及试验过程

2.6相似材料的参数

2.7 本章小结

第三章 单一节理岩体试件的破坏分析

3.1 引言

3.2 基于单向均布压应力条件下预制节理的滑动裂纹模型

3.3岩体累计损伤破坏超声波衰减机制

3.4含单一预制倾斜裂隙试件的破坏模式与分析

3.5 含单一预制节理试件的试验结果对比分析

3.6 本章小结

第四章 含两条节理岩体试件的破坏分析

4.1 引言

4.2 含V型节理试件的断裂损伤破坏分析

4.3 含“卜”字型节理试件的断裂损伤破坏分析

4.4 含交叉节理试件的断裂破坏分析

4.5 含树杈型节理试件的断裂破坏分析

4.6 本章小结

第五章 含三条节理岩体试件的破坏分析

5.1 前言

5.2 含“N”字型节理试件的断裂损伤破坏分析

5.3 含45°倾角节理的三条不连续节理试件的破坏分析

5.4 只含竖向、水平节理的三条非连续节理试件的破坏分析

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的科研成果

一、攻读硕士学位期间发表的主要论文

二、参入科研项目

致谢