应力波斜入射有限长节理端部应力与位移变化规律研究

摘要

岩石节理受力破坏往往由端部位置应力集中引起，应力波作用下节理端部的应力与位移变化更加复杂。为探究应力波在斜入射穿过节理的过程中节理端部应力与位移变化规律，建立有限长节理模型，节理界面间采用法向非线性变形与切向线性变形的组合关系，结合岩石弹性断裂力学的理论解，推导出应力波斜入射作用下节理端部关于质点振速表达的应力与位移计算公式。借助于MATLAB软件计算不同参数的应力与位移结果并分析规律，通过FLAC3D软件模拟验证计算分析的合理性。最终可以确定应力波斜入射作用下节理端部应力与位移场关于节理面呈现非对称分布，不同位置上不同方向应力峰值与入射角度不完全是单调变化;节理法向初始刚度对端部应力影响程度较切向刚度影响明显，节理长度增加使得端部应力变大;节理端部上下两侧位移方向相反，横向位移较竖向位移值大。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究的目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 岩石动力学的发展趋势

1．2．2 岩石节理本构关系的研究

1．2．3 应力波在分层介质中的传播

1．2．4 裂纹扩展机理的研究

1．2．5 存在的问题

1．3 研究的内容和方法

1．4 研究技术路线图

2 理论基础

2．1 弹性应力波

2．2 应力强度因子

2．2．1 应力强度因子作用

2．2．2 应力强度因子的计算方法

2．3 节理端部的受力类型

2．4 节理本构模型

2．4．1 Goodman双曲线模型

2．4．2 幂函数模型

2．4．3 指数函数模型

2．4．4 三参数模型

2．5 本章小结

3 有限长节理受力

3．1 节理界面描述

3．1．1 节理模型的建立

3．1．2 双曲线模型(BB模型)

3．2 位移不连续理论

3．3 波动理论建立

3．4 有限长节理模型端部应力位移计算

3．5 本章小结

4 节理端部应力与位移分析

4．1 透反射应力波计算

4．1．2 入射波函数

4．1．3 透反射应力波计算

4．2 节理端部应力场分析

4．3 应力峰值的讨论

4．3．1 入射角度与节理端部应力峰值

4．3．2 节理长度与节理端部应力峰值

4．3．3 节理刚度与节理端部应力峰值

4．4 节理端部位移分析

4．5 本章小结

5 应力波斜入射节理的数值模拟研究

5．1 FLAC3D软件

5．2 模型的建立

5．2．1 接触面模型建立方法

5．2．2 节理的类型及选取

5．2．3 节理模型的建立

5．3 边界条件

5．3．1 自由场边界

5．3．2 模型加载

5．4 数值模拟结果分析

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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