【摘要】：巖石力學(xué)與工程問(wèn)題本身就是三維的力學(xué)問(wèn)題。由于巖石、混凝土等非均質(zhì)材料中含有大量不同類型和空間幾何分布的顆粒構(gòu)造以及裂紋、孔洞等缺陷,具有復(fù)雜的內(nèi)部細(xì)觀結(jié)構(gòu),且各種細(xì)觀介質(zhì)的力學(xué)特性和缺陷構(gòu)造對(duì)其破裂機(jī)制有重要影響,使得巖石、混凝土等材料的破裂過(guò)程分析成為一個(gè)非平衡、非線性的空間三維力學(xué)問(wèn)題。然而,由于數(shù)學(xué)理論上的復(fù)雜性、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)試驗(yàn)條件和技術(shù)的限制,都給巖石三維破裂過(guò)程的研究帶來(lái)很大的困難,數(shù)值模擬成為解決這些問(wèn)題的強(qiáng)有力工具之一。數(shù)值模型的建立是數(shù)值模擬計(jì)算過(guò)程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié),因此,盡可能運(yùn)用一種能有效表征巖石類材料內(nèi)部不同細(xì)觀介質(zhì)的形態(tài)構(gòu)造的方法,建立基于材料真實(shí)細(xì)觀結(jié)構(gòu)的三維數(shù)值模型,能更直觀、更全面且更符合實(shí)際地研究巖石類材料的力學(xué)性能。本文以花崗巖、混凝土為研究對(duì)象,應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)表征材料內(nèi)部的顆粒構(gòu)造、孔洞及裂紋等復(fù)雜細(xì)觀結(jié)構(gòu),結(jié)合RFPA~(2D)-DIP軟件建立二維數(shù)值模型并進(jìn)行數(shù)值模擬。借助先進(jìn)的CT掃描技術(shù)獲取混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐層切片圖像,在建立二維數(shù)值模型方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合RFPA3D-DIP軟件首次建立了含預(yù)制孔洞、裂紋等缺陷的混凝土三維數(shù)值模型,并模擬了混凝土單軸壓縮實(shí)驗(yàn),將數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果與物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。主要研究工作如下:1、分析花崗巖、混凝土材料數(shù)字圖像中含有的顆粒構(gòu)造及缺陷等復(fù)雜的結(jié)構(gòu)在顏色空間中的特征,利用數(shù)字圖像處理技術(shù)中的圖像識(shí)別和圖像分割等方法,對(duì)材料內(nèi)的細(xì)觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)字圖像表征。2、在材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)表征的基礎(chǔ)上,結(jié)合RFPA~(2D)-DIP程序分別建立了花崗巖、混凝土二維數(shù)值模型,并進(jìn)行了數(shù)值模擬試驗(yàn),分析了顆粒形態(tài)構(gòu)造和孔洞、裂紋等缺陷對(duì)材料破裂力學(xué)特性的影響。3、利用CT掃描技術(shù)獲取含預(yù)制裂紋、孔洞等缺陷的混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐層切片圖像,在基于材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)表征的基礎(chǔ)上,將每層圖像結(jié)構(gòu)表征信息拉伸一定距離形成單層三維模型數(shù)據(jù),采用數(shù)據(jù)逐層疊加的方法建立含缺陷混凝土的三維結(jié)構(gòu)模型。4、將建立的混凝土三維結(jié)構(gòu)模型與RFPA3D-DIP結(jié)合,建立能反映材料真實(shí)細(xì)觀結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型并進(jìn)行了模擬計(jì)算,分析單軸壓縮條件下骨料顆粒及缺陷對(duì)其破裂過(guò)程的影響。將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)照,從試件表面的裂紋位置及破裂模式等方面進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,兩者具有較好的一致性;利用RFPA3D特有的模型切割功能對(duì)模型進(jìn)行切片,分析模型內(nèi)部的裂紋擴(kuò)展特征。通過(guò)對(duì)花崗巖、混凝土等非均質(zhì)材料結(jié)構(gòu)模型重建方法的研究,結(jié)合數(shù)值軟件建立了基于材料真實(shí)細(xì)觀結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型并進(jìn)行了數(shù)值試驗(yàn),將數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果與物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,所得研究結(jié)論對(duì)深入研究巖石、花崗巖等材料的力學(xué)特性和破裂機(jī)制具有重要理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU45

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本文編號(hào)：2443087