本文關(guān)鍵詞：節(jié)理巖體破壞過(guò)程模擬及參數(shù)確定方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國(guó)水利水電科學(xué)研究院》 2015年

節(jié)理巖體破壞過(guò)程模擬及參數(shù)確定方法研究

林興超  

【摘要】：巖體作為一種常見(jiàn)的工程介質(zhì),廣泛分布于水利水電、交通和礦山等領(lǐng)域,其強(qiáng)度、變形等工程力學(xué)特性直接關(guān)系到工程的經(jīng)濟(jì)和安全。巖體是長(zhǎng)期地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物,包含大量不連續(xù)結(jié)構(gòu)面,如：斷層、節(jié)理、層理、裂隙等。這些結(jié)構(gòu)面相互交切形成了特定的巖體結(jié)構(gòu),這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特征決定了巖體的破壞機(jī)理和強(qiáng)度、變形等工程力學(xué)特性。大量工程實(shí)踐表明,巖體的變形、破壞和失穩(wěn)通常是巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)面變形、破壞、擴(kuò)展乃至貫通引起的。因此,要研究節(jié)理巖體強(qiáng)度、變形等工程力學(xué)特性首先要了解節(jié)理巖體中結(jié)構(gòu)面變形、破壞、擴(kuò)展、貫通演化規(guī)律。針對(duì)節(jié)理巖體破壞過(guò)程和強(qiáng)度、變形特征問(wèn)題,論文人工制備典型結(jié)構(gòu)面分布的巖體進(jìn)行室內(nèi)直剪試驗(yàn)研究節(jié)理巖體變形、破壞、擴(kuò)展演化過(guò)程；引入斷裂力學(xué)基本概念,采用數(shù)值流形法實(shí)現(xiàn)節(jié)理巖體變形、破壞、擴(kuò)展演化全過(guò)程仿真模擬；在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了數(shù)值仿真試驗(yàn)確定節(jié)理巖體工程力學(xué)特性參數(shù)的研究。主要研究工作包括以下幾個(gè)方面：(1)在制作典型節(jié)理巖體制模裝置、優(yōu)化試驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了整體試驗(yàn)方案。對(duì)節(jié)理巖體中節(jié)理、巖橋的變形、破壞、擴(kuò)展演化過(guò)程開(kāi)展室內(nèi)直剪試驗(yàn)研究,獲得了7種巖體模型在剪切荷載作用下的破壞演化過(guò)程試驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖像資料,為節(jié)理巖體變形、破壞、擴(kuò)展演化全過(guò)程模擬和強(qiáng)度、變形特性研究提供原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)。(2)研究了7種巖體模型、35條應(yīng)力應(yīng)變曲線,將應(yīng)力應(yīng)變曲線歸納為五種類(lèi)型：滑動(dòng)型、屈服型、剪斷型、脆斷型、剪斷復(fù)合型,并給出每種類(lèi)型應(yīng)力應(yīng)變曲線的特征和判斷依據(jù)。研究表明巖體中包含的結(jié)構(gòu)面形狀和法向應(yīng)力決定應(yīng)力應(yīng)變曲線類(lèi)型,隨著法向應(yīng)力的增大,剪斷復(fù)合型逐漸向剪斷型轉(zhuǎn)化、剪斷型逐漸向屈服型轉(zhuǎn)化。(3)對(duì)數(shù)值流形法程序進(jìn)行了考核,發(fā)現(xiàn)原有數(shù)值流形法在計(jì)算過(guò)程中改變慣性矩陣、重力場(chǎng)矩陣時(shí),忽略了“質(zhì)量守恒”,通過(guò)在流形元的分步計(jì)算中修正單元密度以實(shí)現(xiàn)“質(zhì)量守恒”,提高了計(jì)算的精度。在矩陣表達(dá)式的二維塊體搜索基礎(chǔ)上提出了虛擬節(jié)理技術(shù),保證節(jié)理分布不會(huì)因?yàn)閴K體搜索而改變長(zhǎng)度,并開(kāi)發(fā)了數(shù)值試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥詣?dòng)生成程序。(4)通過(guò)推導(dǎo)三維幾何信息關(guān)系判斷的矢量運(yùn)算公式,構(gòu)建了三維空間塊體搜索的矩陣表達(dá)式,實(shí)現(xiàn)了任意幾何形態(tài)的三維塊體搜索。為開(kāi)展節(jié)理巖體三維研究奠定了基礎(chǔ),對(duì)未來(lái)研究進(jìn)行了初步探索。(5)引入斷裂力學(xué)應(yīng)力強(qiáng)度因子的基本概念,采用圍線積分法計(jì)算裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子,最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則確定節(jié)理擴(kuò)展準(zhǔn)則和擴(kuò)展方向。該研究解決了節(jié)理巖體破壞過(guò)程中數(shù)學(xué)單元、物理單元的重構(gòu)及應(yīng)力傳遞問(wèn)題,并進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了節(jié)理巖體變形、破壞、擴(kuò)展演化全過(guò)程模擬程序。利用節(jié)理巖體中節(jié)理、巖橋不同搭接形式的剪切破壞演化過(guò)程的室內(nèi)直剪試驗(yàn)和單軸壓縮試驗(yàn)對(duì)模擬程序進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明,節(jié)理巖體變形、破壞、擴(kuò)展演化全過(guò)程模擬程序結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果具有很好的幾何一致性,驗(yàn)證了所開(kāi)發(fā)的程序能夠模擬節(jié)理巖體變形、破壞、擴(kuò)展演化全過(guò)程。(6)進(jìn)行了大量的節(jié)理巖體數(shù)值仿真試驗(yàn),并在大樣本數(shù)值仿真試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,提出了確定節(jié)理巖體工程力學(xué)特性參數(shù)和以及影響參數(shù)的尺寸效應(yīng)、各向異性特性研究的方法和思路,為節(jié)理巖體工程力學(xué)特性研究提供了一種科學(xué)有效的技術(shù)手段。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)水利水電科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TU45
【目錄】：

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【參考文獻(xiàn)】

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中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 沈文德;;節(jié)理巖體的有限元分析[A];巖石力學(xué)在工程中的應(yīng)用——第二次全國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1989年

2 金華;王媛;;多組貫穿節(jié)理巖體的擴(kuò)展遍布節(jié)理模型研究[A];第十二次全國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)大會(huì)會(huì)議論文摘要集[C];2012年

3 支國(guó)華;孫鈞;;地震波在節(jié)理巖體中傳播的半解析頻域解的理論模型[A];巖石力學(xué)理論與工程實(shí)踐[C];1997年

4 李仲奎;;層狀節(jié)理巖體應(yīng)力分析中的邊界元法[A];水電與礦業(yè)工程中的巖石力學(xué)問(wèn)題——中國(guó)北方巖石力學(xué)與工程應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議文集[C];1991年

5 殷有泉;張彥山;;節(jié)理巖體穩(wěn)定性分析的特征值方法[A];巖土力學(xué)數(shù)值方法的工程應(yīng)用——第二屆全國(guó)巖石力學(xué)數(shù)值計(jì)算與模型實(shí)驗(yàn)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];1990年

6 楊長(zhǎng)義;黃燦輝;;規(guī)則節(jié)理巖體破壞強(qiáng)度之研究[A];海峽兩岸土力學(xué)及基礎(chǔ)工程地工技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];1994年

7 保長(zhǎng)漢;;節(jié)理巖體的隨機(jī)本構(gòu)關(guān)系[A];第五屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第一卷）[C];1996年

8 保長(zhǎng)漢;;節(jié)理巖體的自適應(yīng)不連續(xù)位移法[A];第五屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第三卷）[C];1996年

9 周維垣;楊若瓊;周力田;;壩基節(jié)理巖體穩(wěn)定的三維彈塑性斷裂有限元分析[A];第一屆全國(guó)巖石力學(xué)數(shù)值計(jì)算及模型試驗(yàn)討論會(huì)論文集[C];1986年

10 保長(zhǎng)漢;陶振宇;;節(jié)理巖體的等效連續(xù)彈性模型[A];中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)第三次大會(huì)論文集[C];1994年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 陳云娟;基于DDARF改進(jìn)方法的節(jié)理巖體穩(wěn)定性分析及控制[D];山東大學(xué);2015年

2 林興超;節(jié)理巖體破壞過(guò)程模擬及參數(shù)確定方法研究[D];中國(guó)水利水電科學(xué)研究院;2015年

3 肖衛(wèi)國(guó);節(jié)理巖體本構(gòu)模型和其細(xì)觀力學(xué)方法理論研究[D];北京交通大學(xué);2011年

4 劉遠(yuǎn)明;基于直剪試驗(yàn)的非貫通節(jié)理巖體擴(kuò)展貫通研究[D];同濟(jì)大學(xué);2007年

5 張秀麗;斷續(xù)節(jié)理巖體破壞過(guò)程的數(shù)值分析方法研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（武漢巖土力學(xué)研究所）;2007年

6 宋林;節(jié)理巖體中應(yīng)力波傳播的動(dòng)力特性研究[D];西安建筑科技大學(xué);2012年

7 張茂林;斷續(xù)節(jié)理巖體破裂演化特征與錨固控制機(jī)理研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2013年

8 袁海平;誘導(dǎo)條件下節(jié)理巖體流變斷裂理論與應(yīng)用研究[D];中南大學(xué);2006年

9 張志剛;節(jié)理巖體強(qiáng)度確定方法及其各向異性特征研究[D];北京交通大學(xué);2007年

10 李樹(shù)忱;斷續(xù)節(jié)理巖體的無(wú)風(fēng)格流形方法和實(shí)驗(yàn)研究[D];上海大學(xué);2004年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 裴小龍;綜合考慮宏、細(xì)觀缺陷耦合的節(jié)理巖體動(dòng)態(tài)損傷本構(gòu)模型研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京);2015年

2 雒翔宇;含節(jié)理巖體地下洞室穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)及數(shù)值分析研究[D];山東大學(xué);2015年

3 郭靚;節(jié)理巖體變形與強(qiáng)度特征的三維數(shù)值模擬[D];北京交通大學(xué);2009年

4 秦娟;節(jié)理巖體的代表單元集合體的力學(xué)特性研究及其在工程中的應(yīng)用[D];中國(guó)水利水電科學(xué)研究院;2000年

5 趙幸;基于能量原理的節(jié)理巖體裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)研究[D];成都理工大學(xué);2013年

6 黃妤詩(shī);含填充節(jié)理巖體的單軸壓縮試驗(yàn)及本構(gòu)模型研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）;2013年

7 湯明高;節(jié)理巖體高邊坡穩(wěn)定性研究及應(yīng)用——以云南小灣水電工程6#山梁為例[D];成都理工大學(xué);2004年

8 邢闖鋒;凍融節(jié)理巖體損傷斷裂特性及有限元分析研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）;2014年

9 賀續(xù)文;基于離散單元法的節(jié)理巖體邊坡穩(wěn)定性分析[D];湘潭大學(xué);2010年

10 劉社豪;節(jié)理巖體等效本構(gòu)關(guān)系研究及工程應(yīng)用[D];大連理工大學(xué);2011年

  本文關(guān)鍵詞：節(jié)理巖體破壞過(guò)程模擬及參數(shù)確定方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：220160