巖體三維裂隙拉伸斷裂機理的試驗與數值模擬研究.pdf

1、裂隙巖體是各種巖體工程和環境工程中經常遇到的一種復雜工程介質。在承受工程荷載時，巖體中大量的裂隙開始萌生、擴展和貫通，導致巖體介質力學性能的劣化以致最終破壞。因此，巖體中原生裂隙的擴展演化特征、破裂模式以及對巖體力學特性的影響一直為學術界和工程界所重視。 鑒于三維問題在數學處理和現象觀測上的復雜性，人們對裂隙問題的研究往往簡化為二維情況來處理，但裂隙大都處于三維應力狀態(表面裂隙或深埋裂隙)，把三維裂隙簡化為二維裂隙會引起較大差

2、距。因此，近年來有關三維裂隙擴展演化機制及其對巖體材料力學特性影響的研究成為巖土工程重要研究課題。 目前壓縮條件下巖體中三維裂隙擴展演化機制的試驗研究已有一些，但由于試驗設備和技術方面的制約，拉伸條件下相應的成果很少。巖石材料具有低抗拉性，在較低拉伸應力作用下內部裂隙就開始擴展、貫通導致材料破壞。巖體工程中不可避免的要遇到拉應力區，因此開展拉伸條件下三維裂隙擴展演化機制以及對巖體力學特性影響的研究具有重要的理論意義和工程價值。

3、 物理試驗方法和數值模擬方法是研究裂隙擴展問題的有效手段。本文結合這兩種方法開展了以下研究工作： 1、通過閱讀大量文獻，分析比較了以往三維裂隙巖體斷裂機理試驗中所用各種材料的優缺點。結合本試驗情況，研制了脆性砂漿材料，其物理力學參數與砂巖接近，代替真實巖石進行試驗可表現出類似的受力變形特征，并且該材料方便埋設三維裂隙。 2、由于巖石材料直接拉伸試驗技術不成熟，故改進了目前采用較多的夾具法和黏結法，設計加工了適用于脆

4、性材料單軸拉伸試驗的端部擴大型試件模具、與試件形狀配套的夾具以及黏結拉伸軸向定位裝置。 3、制作了含不同形式(不同角度、不同間距和不同數量)內置裂隙的試件，并對其進行了單軸拉伸試驗，得到了各試件的應力應變曲線，觀察分析了試件的受力變形過程，總結了內置裂隙角度、間距及數量對材料力學特性以及裂隙擴展演化過程的影響。 4、制作了含不同傾角表面裂隙的試件，并對其進行了單軸拉伸試驗，得到相應的應力應變曲線，觀察分析了試件的受力變形