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围岩劈裂时效力学模型及数值模拟研究
| 论文题名： | 围岩劈裂时效力学模型及数值模拟研究 |
| 关键词： | 地下洞室;围岩脆性劈裂;时效力学;单轴压缩;能量耗散模拟 |
| 摘要： | 随着我国西南部地区对地下洞室群的大量开发应用，在工程开展过程中，频发一个工程现象:地下洞室高边墙岩石劈裂，此种现象对我国地下洞室的安全性造成严重威胁。对岩石的脆性劈裂已有不少学者涉入，但关于围岩劈裂的时效性研究，却少有学者关心。本文以此作为研究课题，通过常规试验与能量方法相结合，实施数值模拟的手段，深入研究并阐述了围岩劈裂的时效性演化机制，并从中得出诸多有意义的研究结论。 本文通过对岩石进行单轴压缩试验，确定了岩石的力学参数，并分析其强度特性，为我们开展下一步研究提供了便利。通过实验获得岩石应力-应变曲线，分析岩石劈裂时出现的几个代表性阶段:密实阶段、裂纹稳定发展阶段、裂纹不稳定发展阶段、失稳破裂等。 本文研究假定是:岩石体受力仅为单轴压缩，忽略侧向应力的影响。文中详尽分析了缺陷岩石的力学特性，详尽阐述缺陷区岩石发生应力集中时应力分配原理，并在研究过程中将直线滑移型裂纹作具体研究对象，建立了时效性劈裂判据，以此来分析、判断岩石劈裂。 本文结合热力学原理、能量耗散原理、损伤断裂力学、能量守恒定律等理论，运用直线滑移型裂纹进行分析，得出劈裂形成的基本原理。由于运用连续介质力学方法不能准确反映岩石劈裂状态，所以在计算应变过程中，将岩石理想化分成两部分分布计算:一用胡克定律计算纯弹性体弹性应变;二在计算缺陷体出现的张开应变时，利用卡氏定律，结合能量学原理，推导出应变公式进行求解。 基于本文提出的能量耗散原理计算围岩侧向张开应变方法，运用数值模拟软件系统RFPA进行模拟，运用公式计算结果与模拟结果基本吻合，对比结果验证了理论的正确性。运用此方法对围岩的时效性劈裂计算，为大型地下洞室的工程施工、设计、优化提供了可靠依据和科学指导。 |
| 作者： | 李涛 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 陈启辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东建筑大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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