岩柱单轴压缩下的稳定性

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随着越来越多地下工程的兴起,不少关于岩石的工程地质灾难时有发生,如岩爆、洞室坍塌、滑坡等,严重威胁到人民的生命财产安全,岩石或岩体稳定性问题成为岩石力学界研究的重点和热点之一。实验室中的小型岩柱,或地下工程中存在的大型岩体——矿柱,都是一种可简化为只受单轴应力的力学构件,本文讨论的基本上就是这种岩石构件在单轴压缩下的稳定性问题。然而影响岩石稳定性的因素有许多,就对岩石材料而言,由于岩石材料在长期的地质历史中,受荷载,风化,化学作用等影响,其往往带有原生裂隙和节理,外表非常光滑美观的岩石,内部也可能有着细微的裂隙,在岩石试件的单轴压缩中,这些裂隙往往很快的发展,最后贯通形成破坏面;另一方面,岩石作为一种日常生活中常见的材料,往往被认为是一种很均质的材料,其实岩石的不均质性是非常严重的,是在工程问题中不可忽视的因素。以上都是影响岩柱稳定性的物理内因。影响其稳定性的几何内因则是岩柱的几何外形——长细比,几何形状等,如果长细比很大,那岩柱的稳定性问题就会演化成一个几何非线性问题,或者更直接的说法——压杆问题。当然影响岩柱稳定性的外因也有许多,如不同开挖深度的洞室中的岩柱,所受地应力大小的不同,其弯曲刚度的大小也会变化,在弹性区间受极限荷载的能力也不同,对其稳定性也有很大的影响。结合以上,笔者在本文中分别考虑了三个因素对岩柱稳定性的影响:外界的地应力大小的不同,岩石的均质程度的不同,岩柱的长细比的不同,第一个问题过在MATLAB中编写算法程序计算岩柱在不同大小地应力下的弯曲刚度得到很好解决;第二个问题通过在MATLAB平台上构建简化的力学模型,研究其非均质性岩柱在损伤破坏时的发展,得到一定程度上的理论解释;第三个问题通过合理假设,在经典材料力学的范畴内推导出与实际情况吻合的结论。
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