基于DIC的泥质白云岩疲劳损伤研究

摘要

泥质白云岩作为一种软岩广泛分布于贵州各地，近年来，随着西部建设的大力推进，泥质白云岩的力学性质越来越受到学者们的关注，泥质白云岩在受力过程中免不了会受到机械、地震等的反复作用，此前虽然已有学者对泥质白云岩的力学特性展开了大量研究，但对于泥质白云岩的疲劳特性还研究甚少，基于此，笔者对泥质白云岩的疲劳特性展开研究，主要做了以下工作：　　（1）建立基于数字图像相关技术（DIC）的泥质白云岩单轴压缩试验方法，用以观测岩石单轴压缩过程中裂缝的演化过程，并通过对比DIC测出的表观应变与RMT实验机所得的整体应变，进一步验证DIC测试结果的准确性与适用性。　　（2）通过分析泥质白云岩单轴压缩过程中的应变云图，发现应变云图中数值较大的点与岩石损伤发展密切相关，因此利用应变云图中数值排列在前10%的点定义了损伤因子，并做损伤因子演化图。　　（3）岩石单轴压缩强度是疲劳加载的参照，本文对泥质白云岩的单轴压缩曲线进行了统计分析，并提出了一种新的估算岩石强度的方法。　　（4）上限应力、应力幅值和加载频率对泥质白云岩疲劳寿命的影响明显：随着上限应力的增大，泥质白云岩的疲劳寿命呈减小趋势；随着应力幅值的增大，泥质白云岩的疲劳寿命呈减小趋势；随着加载频率的增大，泥质白云岩的疲劳寿命呈增大趋势。　　（5）分别对一个循环内和不同循环次数下泥质白云岩应变云图的演化规律进行了分析，结果表明，由于疲劳加载频率较大，岩石在一个循环加载内的损伤累积很小，而不同循环次数下的应变云图能很好地反应疲劳过程中裂缝的演化情况。（6）基于DIC技术所得的应变云图，分析了上限应力、应力幅值、加载频率对泥质白云岩疲劳裂缝演化的影响，并从疲劳裂缝演化的角度出发，解释了这3个因素对泥质白云岩疲劳寿命的影响。

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摘要

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1岩石疲劳特性的研究

1.2.2岩石疲劳损伤研究

1.3本文主要研究内容

第二章 数字图像相关方法

2.1数字图像相关方法简介

2.1.1数字图像相关方法原理

2.1.2相关函数

2.1.3形函数

2.1.4插值方法

2.1.5位移搜索方法

2.2实验流程介绍

2.3数字图像相关方法中位移测量误差分析

2.4本章小节

第三章 基于DIC的泥质白云岩单轴压缩破坏过程分析

3.1 试验概况

3.1.1试样制备

3.1.2试验设备

3.1.3试验方案

3.1.4散斑制备及相机设置

3.2单轴压缩试验结果与分析

3.2.1单轴压缩曲线

3.2.2基于DIC的泥质白云岩单轴破坏过程分析

3.2.3泥质白云岩单轴压缩应变对比

3.3本章小节

第四章 泥质白云岩单轴压缩过程中损伤量化分析

4.1应变云图统计分析

4.2基于DIC技术损伤因子的定义

4.3基于DIC的泥质白云岩单轴压缩过程中损伤演化

4.4本章小节

第五章 周期荷载作用下泥质白云岩力学特性研究

5.1疲劳加载试验方案

5.2岩石单轴压缩强度的确定

5.3疲劳特性影响因素

5.3.1上限应力的影响

5.3.2应力幅值的影响

5.3.3加载频率的影响

5.4本章小节

第六章 基于DIC的泥质白云岩疲劳过程分析

6.1循环载荷作用下泥质白云岩应变场演化

6.2不同循环载荷作用下泥质白云岩疲劳裂缝演化情况

6.2.1上限应力对泥质白云岩疲劳裂纹演化影响

6.2.2加载频率对泥质白云岩疲劳裂纹演化影响

6.2.3应力幅值对泥质白云岩疲劳裂纹演化影响

6.3 本章小节

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢