含充填断续节理岩体裂隙扩展试验与数值模拟研究

摘要

岩体介质由于地壳的不断运动、发展，呈现出显著的不连续性，存在大量的节理、裂隙等不连续界面。裂隙的存在改变了岩体的力学性质，降低了岩体的强度，并且使岩体呈现明显的各向异性性质。
　　 在实际工程中节理往往会含有充填物，如水布垭电站和琅琊山水电站围岩节理就是充填性节理。与无充填节理相比，从力学上分析，充填会使节理附近应力集中程度降低，并且充填有一定的承压能力，而现有的少量试验结果也表明含充填穿透性节理扩展规律与无充填穿透性节理是有较大区别的，例如相应的起裂强度明显提高，起裂点向节理端部移动，微裂纹的多重发育更加明显等。但是目前却很少见充填物对三维裂隙扩展规律及变形影响的研究。
　　 本文在前人研究的基础上，主要开展了以下几方面的工作:
　　 (1)调研了近几十年以来的裂隙研究现状，采用一种相似材料来模拟砂岩，并采用不锈钢薄片预制充填裂隙，实现不同试验要求的裂隙制作，并且完成后续充填物的充填工作，为研究表面或深埋含充填三维裂纹，受压裂隙在岩体中的萌生与扩展行为做好相关准备。
　　 (2)制作了含不同形式（不同贯穿度d/T、含不同充填材料）预置裂隙试样，通过对其进行单轴压缩试验，分析不同充填方式试件的应力-应变曲线形态、强度特性、预置裂隙的起裂角及扩展模式等变化趋势，来研究充填材料对三维裂隙的破坏模式的作用。
　　 (3)采用三维声发射定位技术研究了单轴压缩荷载条件下不同充填材料试件的声发射特征及试件破坏模式。
　　 (4)采用FLAC计算软件，对含不同充填材料、不同充填深度的试件进行了数值模拟计算，对比试验结果分析裂隙的破坏模式。
　　 通过以上工作，探讨了充填材料对裂隙岩体破坏的影响，总结了充填材料作用下裂隙的扩展模式，对实际工程有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和研究意义

1．2 裂隙扩展研究现状

1．2．1 二维裂隙研究进展

1．2．2 三维裂隙研究进展

1．3 节理岩体数值模拟方法与其现状

1．4 断裂力学基本理论

1．5 研究思路、主要研究内容

1．5．1 研究思路

1．5．2 主要研究内容

第二章 含充填裂隙类岩石材料试件制作及参数分析

2．1 引言

2．2 相似材料

2．2．1 相似材料选取原则

2．2．2 相似材料现状

2．2．3 相似材料制备

2．3 试块制作工艺

2．3．1 主要试验所需仪器

2．3．2 试块制作工艺流程

2．4 试验材料力学性能测试

2．4．1 单轴压缩试验

2．4．2 巴西劈裂试验

2．4．2 内聚力c、内摩擦角ψ

2．5 三维裂隙试件裂纹扩展试验设计

2．6 本章小结

第三章 含充填裂隙类岩石材料单轴压缩试验

3．1 引言

3．2 完整试件破坏过程分析

3．3 45度含不同充填物表面贯通裂隙试件单轴压缩试验研究

3．3．1 预置裂隙形态及充填物方案

3．3．2 结果分析

3．4 45度不同充填物(非贯穿)三维裂隙试件单轴压缩试验研究

3．4．1 预置裂隙形态及充填物方案

3．4．2 结果分析

3．4．3 反翼裂纹产生的力学机理

3．5 声发射试验结果分析

3．5．1 声发射概述

3．5．2 试验设计及结果分析

3．6 本章小结

第四章 含充填裂隙类岩石类材料数值分析研究

4．1 引言

4．2 FLAC-3D简介

4．3 充填裂隙试样单轴压缩数值模拟研究

4．3．1 参数的选择

4．3．2 模型的建立

4．3．3 计算结果与分析

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 展望

参考文献

硕士期间参与的科研项目和主要科研成果

参与的科研项目

发表论文

致谢