基于有限元方法的岩石节理断裂扩展研究

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岩石是一种本质上非均匀的材料,常常分布着大量的节理、裂纹和孔隙等缺陷,在外部荷载的作用下,这些缺陷造成了岩石内裂纹的孕育、萌生、扩展和贯通,使得岩石刚度下降,强度降低,严重的甚至引发工程灾害,如岩石工程中的岩爆、塌方,土木工程中坝基岩块出现的“深部裂缝"等。因此,含裂纹岩石的开裂、扩展、贯通和破坏的机理一直是国际上研究的热点,开展含预置裂纹岩石结构破坏行为研究具有重要的学术和工程意义。本文主要基于节理岩石抗压试验和三点弯曲试验,采用ABAQUS软件对含不同角度、不同分布预置裂纹的岩石试样进行不同加载方式条件下的破坏行为研究,主要内容包括:(1)总结了国内外对裂纹开裂、扩展、贯通和破坏机理研究的新进展;(2)通过试验对模拟的岩石试样的基本力学参数进行了测定,并由此确定了数值模拟时输入的基本材料力学参数;(3)三点弯曲试验中不同荷载峰值下岩石裂纹对岩石破坏的影响和裂纹扩展全过程;(4)通过三点弯曲试验研究不同跨距、不同裂纹长度及不同加载速度对应力强度因子KIC的影响;(5)研究了不同角度单裂纹试样的破坏行为,得到裂纹倾角对岩石破坏强度的影响、不同倾角裂纹的破坏模式以及裂纹的扩展机理;(6)模拟研究偏置裂纹及多裂纹情况下,裂纹的扩展过程及破坏机理。
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