【摘要】：隨著高層建筑和地下工程的發(fā)展,巖石類材料的動力特性在理論和工程中越來越受到重視。巖石作為一種非均勻性顯著的準脆性材料,在動態(tài)荷載達到強度極限時,能量的瞬間釋放會引發(fā)應力的重分布,誘使局部力學性質迅速劣化,引發(fā)裂縫高速擴展,并以彎曲和分叉為基本表現形式。因此,研究巖石類材料在動荷載作用下的裂縫擴展,直是研究者關注的重要問題。 本文基于統計分布和損傷力學的RFPA(Realistic Failure Process Analysis)方法,從細觀力學角度對巖石類材料的裂縫動態(tài)擴展問題展開詳細研究,具體研究可以分為以下幾個方面： 1.基于Weibull隨機分布函數可以描述巖石類材料的細觀非均勻性的普遍規(guī)律,在考慮細觀單元非均勻性的基礎上,建立了巖石在動力作用下的彈脆性損傷演化本構模型。通過引入粘彈性邊界方法,研究了非均勻無限域的波動問題。 2.基于動接觸二步法和細觀線性行為可以反映宏觀非線性行為的原理,詳細研究了非均勻材料的碰撞問題。由于考慮了撞塊和被撞擊物的相互作用,可以通過接觸方法反映因材料損傷引起的加載變化,模型與實際更貼近。通過選取有代表性的三個側向撞擊模型,并與試驗現象進行了驗證對比,驗證了該方法可行性的同時,更系統分析了不同程度的非均勻性對裂縫擴展的影響,豐富和擴展了前人的研究成果。 3.分析了沖擊作用下不同均質度的巖石以及砂礫巖的響應規(guī)律。結果表明：應力波傳播過程中產生的拉應力是裂縫萌生和擴展的關鍵。與靜態(tài)巖石破碎過程相比,沖擊作用下巖石的應力改變具有時間效應,應力波傳播過程中表現出壓、拉變化。 4.利用數值模擬方法,從細觀力學角度揭示宏觀裂縫擴展的非對稱性和非連續(xù)性的形成機理。數值模擬結果較好的再現了試驗現象和規(guī)律,說明考慮細觀上的非均勻性可以實現宏觀破壞過程中的非線性,細觀上的簡單本構關系可以模擬復雜的宏觀破裂現象。
[Abstract]:With the development of high-rise buildings and underground engineering, the dynamic characteristics of rock materials are paid more and more attention in theory and engineering. Rock, as a kind of quasi-brittle material with remarkable inhomogeneity, when the dynamic load reaches the strength limit, the instantaneous release of energy will lead to the redistribution of the stress, induce the local mechanical properties to deteriorate rapidly, and cause the crack to spread at high speed. And bending and bifurcation as the basic form of expression. Therefore, the research on crack propagation of rock materials under dynamic load is an important issue that researchers pay attention to. Based on the RFPA (Realistic Failure Process Analysis) method of statistical distribution and damage mechanics, the dynamic crack propagation of rock materials is studied in detail from the point of view of meso-mechanics. The specific research can be divided into the following aspects: 1. Based on the Weibull random distribution function which can describe the general law of meso-heterogeneity of rock-like materials, a constitutive model of elastic-brittle damage evolution of rock under dynamic action is established on the basis of considering the nonuniformity of meso-element. In this paper, the viscoelastic boundary method is introduced to study the wave problem in the inhomogeneous infinite domain. 2. Based on the principle that the dynamic contact two-step method and the mesoscopic linear behavior can reflect the macroscopic nonlinear behavior, the collision problem of inhomogeneous materials is studied in detail. Because the interaction between the impingement and the impinged object is considered, the loading change caused by material damage can be reflected by contact method, and the model is closer to reality. By selecting three representative lateral impact models and comparing with the experimental results, the feasibility of the method is verified, and the influence of different degrees of nonuniformity on crack propagation is analyzed systematically. Enrich and expand the previous research results. 3. The response law of rocks with different homogeneity and sandy gravel under impact action is analyzed. The results show that the tensile stress generated during the propagation of stress wave is the key to crack initiation and propagation. Compared with the static rock fracture process, the stress change of rock under impact has a time effect, and the pressure and tension changes occur during the stress wave propagation. 4. The mechanism of asymmetry and discontinuity of macroscopic crack propagation is revealed from the point of view of mesomechanics by numerical simulation method. The numerical simulation results reproduce the experimental phenomena and laws well. It shows that considering the nonuniformity in meso scale can realize the nonlinearity in the process of macroscopic failure, and the simple constitutive relation in meso can simulate the complex macroscopic fracture phenomenon.
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TU45;TU521

【參考文獻】

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1 張雪穎;阮懷寧;賈彩虹;;巖石損傷力學理論研究進展[J];四川建筑科學研究;2010年02期

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3 譚成文,王富恥,李樹奎;絕熱剪切變形局部化研究進展及發(fā)展趨勢[J];兵器材料科學與工程;2003年05期

4 高文學,劉運通;巖石動態(tài)損傷的數值模擬[J];北京工業(yè)大學學報;2000年02期

5 劉紅巖,王根旺,劉國振;以損傷變量為特征的巖石損傷理論研究進展[J];爆破器材;2004年06期

6 朱瑞賡 ,吳綿拔;不同加載速率條件下花崗巖的破壞判據[J];爆炸與沖擊;1984年01期

7 李夕兵,古德生,賴海輝;沖擊載荷下巖石動態(tài)應力-應變全圖測試中的合理加載波形[J];爆炸與沖擊;1993年02期

8 單仁亮,陳石林,李寶強;花崗巖單軸沖擊全程本構特性的實驗研究[J];爆炸與沖擊;2000年01期

9 盧文波,賴世驤,朱傳云,舒大強;三峽工程巖石基礎開挖爆破震動控制安全標準[J];爆炸與沖擊;2001年01期

10 李永池,朱林法,胡秀章,袁福平,曹結東;粘塑性薄壁管中復合應力波的傳播特性研究[J];爆炸與沖擊;2003年01期

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1 俞縉;錢七虎;趙曉豹;李曉昭;;巖體結構面對應力波傳播規(guī)律影響的研究進展綜述[A];第九屆全國沖擊動力學學術會議論文集（下冊）[C];2009年

2 李彬;劉晶波;;粘彈性人工邊界在Marc中的實現[A];第14屆全國結構工程學術會議論文集（第一冊）[C];2005年

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1 李根;基于模擬的水巖耦合變形破壞過程及機理研究[D];大連理工大學;2011年

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3 梁正召;三維條件下的巖石破裂過程分析及其數值試驗方法研究[D];東北大學;2005年

4 張永彬;巖石破裂過程分析并行計算方法研究[D];東北大學;2007年

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1 萬圣;液壓鑿巖機沖頭新型換向系統的研究開發(fā)[D];蘭州理工大學;2011年

2 宋小林;大理巖動態(tài)劈裂拉伸強度和裂紋起裂擴展特性[D];四川大學;2005年

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本文編號：2426240