岩石三轴压缩声发射试验及数值模拟研究

摘要

论文针对在某公路边坡采集到的石灰岩试样开展了三轴压缩声发射试验，得到该边坡石灰岩在三轴压缩下的应力-应变曲线、极限抗压强度、声发射振铃计数和能量计数等参数指标以及其内在的规律与联系，并利用基于离散元的颗粒流程序PFC2D构建了实际石灰岩岩样三轴压缩下数值试验本构模型，通过实际试验得到的岩石宏观参数标定了本构模型的各项微观参数，与相室内试验结果进行了对比分析，主要结论如下: 1、通过进行室内声发射试验，试验结果表明:(1)三轴压缩状态下由于围压的存在，岩样极限抗压强度有所提高，但在压密和弹性阶段的声发射活动相对降低;(2)在三轴压缩状态下岩样破坏都经历压密-弹性-破裂阶段，塑性阶段不是每个岩样都有，这是由石灰岩自身的性质和内部构造决定的，就试验结果来看，含裂隙岩样有更大的几率出现塑性期;(3)三轴状态下岩样声发射活动都包含裂纹闭合期-发育期-破裂期，但只有SH8岩样出现了平静期，平静期可作为岩石发生主破裂前兆;(4)三轴状态下由于围压的存在，使得部分石灰岩岩样声发射活动最大值出现的时间表现出滞后现象，也即声发射信号最大值出现在岩样主破裂之后。 2、通过PFC建模，分析数值模拟结果可以得到:(1)对于密实及含裂隙岩样的力学特征模拟包括峰值应力的计算、应力-应变曲线拟合、岩样各破裂阶段拟合都取得良好效果;(2)对于岩石的破裂面形态的模拟与实际试验结果基本一致，密实岩样SH5实际与模拟的最终破裂形态均为斜向贯通破坏，含裂隙岩样SH7实际与模拟的最终破裂形态均为“一长一短”双裂纹破坏;(3)对于岩样的声发射信号趋势模拟包括信号的发展过程拟合、滞后性体现等均和实际试验吻合。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1选题背景

1．2选题来源及研究意义

1．3国内外研究现状

1．3．1国外研究现状

1．3．2国内研究现状

1．4研究内容

2声发射技术基础理论

2．1声发射检测技术基本原理

2．2声发射的产生

2．3声发射波的传播模式

2．4声发射波的传输速度

2．5声发射检测仪器组成

2．6声发射定位信号分析

2．6．1声发射定位信号类型

2．6．2声发射定位信号特性参数

3石灰岩破裂定位试验研究

3．1现场工程地质状况

3．2试样制备

3．2．1岩石特征

3．2．2试件制作及要求

3．3试验基本内容

3．3．1仪器介绍

3．3．2系统参数设置

3．4试验过程

3．5石灰岩声发射时间与位置特征

3．6本章小结

4基于PFC2D的石灰岩破裂试验数值模拟

4．1数值分析与离散元方法

4．2离散元方法基本思想与计算原理

4．2．1离散元方法基本思想

4．2．2离散元方法的计算原理

4．3颗粒流程序PFC2D计算基本假定

4．4 PFC2D模拟计算步骤

4．5创建数值模型

4．5．1定义模型初始条件和边界条件

4．5．2数值模型本构关系建立

4．5．3石灰岩力学参数确定

4．5．4模型建立

4．6数值模拟结果与分析

4．6．1岩样力学特性分析

4．6．2模拟石灰岩样本声发射信号特征趋势研究

4．6．3基于密实岩样简单模型的应用——含裂隙岩石的模拟

4．7本章小结

5结论与展望

5．1结论

5．2展望

致谢

参考文献