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千枚岩三轴压缩试验特性及裂纹扩展机理数值分析
| 论文题名： | 千枚岩三轴压缩试验特性及裂纹扩展机理数值分析 |
| 关键词： | 隧道围岩;各向异性;力学特性;裂纹扩展 |
| 摘要： | 岩石的各向异性特性对隧道围岩的稳定性有着显著影响，隧道轴线方向与层状岩石层理倾角之间的夹角对隧道开挖后围岩的变形、破坏形态和支护结构的受力模式影响很大。因此有必要对层状岩石的各向异性进行深入研究。本文通过室内单轴、三轴压缩试验和颗粒流数值模拟的方法，研究了层状千枚岩的相关力学特性。主要研究工作如下： 在室内单轴、三轴压缩试验中创造性地采用光栅传感器对试样的应变进行测量，将得到的实验结果进行分析，层状千枚岩峰值强度表现出显著的各向异性，峰值强度随层理倾角的增加呈现出先增加后减小的趋势。对千枚岩的破裂面进行对比，分析了不同层理倾角千枚岩的破坏模式差异。单轴压缩试验中，当层理面倾角α逐渐增大时，千枚岩的破坏模式由穿切层理面的剪切破坏逐步向沿着层理面的剪切滑移破坏过渡，α=90°的千枚岩呈两种破坏模式的复合破坏。三轴压缩条件下，往往呈现出一条或多条纵向的破裂面，为穿切层理面的破坏。 随后采用颗粒流模拟程序，构建层状千枚岩试样的数值模型，模拟试样单轴、三轴压缩试验的破坏全过程。室内试验中千枚岩的破裂面和颗粒流模拟的破裂面基本一致，可以保证模拟结果的准确性。根据模拟结果分析千枚岩试样内部裂纹的整个演化过程，揭示层状千枚岩的破裂机理。 最后通过对千枚岩试样在压缩条件下的位移场、颗粒单元的运动方向、微裂纹分布位置等进行分析，从细观角度来进一步揭示层状千枚岩的破裂机理。试样的位移场均呈中间小两端大的分布规律。不同区域颗粒单元位移方向的差异导致了裂纹的产生，并通过对比三种破坏模式下试样颗粒单元位移方向和大小的差异，揭示了试样不同破坏模式的细观机理。 |
| 作者： | 王欢 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 李又云 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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