不同卸围压速率对大理岩破裂过程的影响研究

摘要

随着岩石力学的发展以及地下工程的需求增多，在开挖过程中岩石的卸荷破坏机制仍然是当下岩石力学的研究热点。本文以河南驻马店大理岩为试验材料，进行了大理岩加卸荷室内试验，在此基础上结合能量分析及声发射数据分析，并采用颗粒流数值软件PFC3D进行数值模拟，探讨了卸荷速率对大理岩破坏过程的影响。
　　本文的主要工作内容如下:
　　(1)通过大理岩常三轴试验和恒轴压卸围压试验，采用能量分析法进一步探究了不同卸荷速率对岩石破裂过程中能量释放与转化的影响。结果表明:卸荷速率对岩石破坏所吸收的总能量影响不大，对破坏过程中各阶段能量的转化有影响;卸荷速率越大，耗散应变能越小，岩石裂纹扩展需要消耗的能量越少。
　　(2)依据声发射数据，对大理岩恒轴压卸荷路径下破坏过程的演变规律进行了分析。结果表明，卸荷速率越大，内部裂纹发展越快，岩石从卸荷点至破坏点振铃计数率增速变大。破坏时卸荷速率越大，岩石裂隙发展与摩擦滑移越剧烈，引起的声发射事件就越多。
　　(3)在探究PFC3D软件宏细观参数关系中引入敏感性分析，探讨了各细观参数的交互作用规律。在调节细观参数时要尽量将摩擦系数确定，则弹性模量主要由平行黏结弹性模量适配;泊松比主要由平行黏结刚度比决定，调节平行黏结弹性模量、颗粒接触模量进行适配;峰值应力主要调节平行黏结法向强度和切向强度适配。
　　(4)编写了恒轴压卸围压试验模拟的PFC3D程序，运用PFC3D软件模拟了常三轴试验和恒轴压卸围压试验，得出两种应力路径下的应力-时步曲线、裂隙-时步曲线、破坏时的剪切位移场图和声发射模拟数据，并与室内试验结果进行了对比分析。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 岩石破裂的理论与试验研究

1．2．2 岩石破裂PFC数值模拟研究

1．2．3 存在问题

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 大理岩加卸载试验的能量分析

2．1 室内试验

2．1．1 常规三轴室内试验

2．1．2 恒轴压卸围压试验

2．1．3 室内试验全应力-应变曲线

2．2 能量分析原理

2．3 常三轴试验的能量分析

2．3．1 单轴试验能量演化规律

2．3．2 常三轴试验能量演化规律

2．4 恒轴压卸围压试验能量分析

2．4．1 能量演化规律

2．4．2 卸荷速率对能量曲线的影响

2．5 本章小结

第3章 大理岩加卸载过程的声发射分析

3．1 声发射简介与试验

3．1．1 声发射简介

3．1．2 声发射试验

3．2 大理岩常三轴试验声发射规律

3．2．1 单轴压缩试验

3．2．2 常规三轴试验

3．3 恒轴压卸围压试验声发射规律

3．3．1 恒轴压卸围压试验声发射演化规律

3．3．2 卸荷速率对声发射规律的影响

3．4 本章小结

第4章 PFC3D简介及宏细观参数关系分析

4．1 PFC3D简介

4．1．1 PFC3D的应用

4．1．2 PFC3D的模拟基础理论简介

4．2 平行黏结模型

4．3 单细观参数对宏观参数的影响

4．4 多细观参数对宏观参数的共同影响

4．5 本章小结

第5章 PFC3D数值模拟结果分析探究

5．1 常规三轴试验过程模拟分析

5．2 常规三轴试验声发射模拟

5．3 不同卸荷速率下恒轴压卸围压试验模拟分析

5．3．1 应力差-时步曲线

5．3．2 剪切位移场分析

5．3．3 破裂过程分析

5．3．4 裂隙-时步曲线分析

5．4 不同围压下恒轴压卸围压试验模拟分析

5．4．1 应力差-时步曲线

5．4．2 剪切位移场分析

5．4．3 裂隙-时步曲线分析

5．5 较高围压下恒轴压卸围压试验模拟分析探究

5．6 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况

致谢