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岩石点荷载试验研究

作　者: 董立山
导　师: 喻勇
学　校: 西南交通大学
专　业: 工程力学
关键词: 点荷载指数线弹性材料 Hertz接触理论颗粒流理论 PFC2D
分类号: TU452
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着基础建设的增加,岩石强度测试的意义越来越重要。点荷载试验是目前比较流行的现场测试岩石强度的方法,是一个基于试验数据和量纲原理建立的方法,但其物理意义不明确。目前的研究主要集中于建立点荷载指数与单轴压缩强度等指标的关系,而忽略了对其试验原理的分析,针对点荷载试件的破坏分析具有很重要的现实意义。本文以岩石点荷载试验为研究对象,主要开展了以下工作：1.对点荷载试验的条件进行简化,采用有限元法建立线弹性材料模型,研究了均布压力下,试件由于拉伸破坏的情况。沿加载轴方向压应力自加载点逐渐减小,垂直于加载轴方向,应力呈喇叭状,最大拉应力出现在加载轴上加载点下方。加载轴上拉应力与加载半径和泊松比有关。2.基于Hertz接触理论,结合有限元法论讨论加载面大小对加载轴上应力的影响。分析了均布压力和Hertz压力下加载轴上的应力变化。3.以三峡花岗岩为研究对象,利用颗粒流软件PFC2D建立相同颗粒尺度的虚拟试件,研究点荷载试件破坏。比较完整的模拟出点荷载破坏的全过程,并得出破裂过程中的应力分布。分析得到脆性材料的一个特征：在试件完全破坏前,试件内部应力早已为零,但试件依然具有承载力。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-10
第1章绪论  10-19
  1.1 点荷载试验的研究意义  10
  1.2 点荷载试验的研究现状  10-18
    1.2.1 点荷载试样中的的应力状态和破坏机制  12-14
    1.2.2 点荷载试验与单轴压缩试验的比较  14-16
    1.2.3 点荷载试验加载器  16-17
    1.2.4 圆柱体径向加载破坏过程  17-18
  1.3 本文的研究内容与方法  18-19
第2章基于有限元法的点荷载应力分析  19-31
  2.1 点荷载试验模拟的基本约定  19-23
    2.1.1 圆柱体试样径向加载与轴向加载的选择  19
    2.1.2 试件尺寸选择  19-20
    2.1.3 材料类型的选择  20-21
    2.1.4 点荷载加载器的力的模拟处理  21-23
  2.2 弹性模型下的应力分布  23-31
    2.2.1 点荷载试件的应力分布  24-26
    2.2.2 不同加载半径和泊松比条件下加载轴应力分析  26-28
    2.2.3 弹性材料的破坏分析  28-31
第3章点荷载试验的接触应力分析  31-38
  3.1 轴对称弹性体  31-32
  3.2 光滑的非协调接触表面的几何学  32-35
  3.3 接触对点荷载试验加载轴的应力影响  35-36
  3.4 基于接触理论应力分布不同于真实情况的分析  36-38
第4章颗粒流法的原理  38-48
  4.1 离散元法与PFC2D  38-39
  4.2 颗粒流方法的基本原理  39-48
    4.2.1 PFC2D的优缺点  39-40
    4.2.2 PFC2D的接触力与接触位移  40-41
    4.2.3 接触本构关系  41-44
    4.2.4 颗粒材料生成过程  44-46
    4.2.5 需要说明的几个问题  46-48
第5章基于颗粒流法的点荷载分析  48-69
  5.1 基于单轴压缩试验和巴西劈裂试验的颗粒微观参数的选择  48-54
    5.1.1 数值模拟的试验室数据来源与材料参数计算  48-49
    5.1.2 数值模拟拟合破坏曲线  49-54
  5.2 点荷载试验数值模拟的注意点  54-56
  5.3 岩块在点荷载试验下破坏的过程描述  56-61
    5.3.1 点荷载试验中试件破坏过程  57-61
  5.4 点荷载试样破坏过程中的应力变化  61-63
  5.5 基于点荷载试验的脆性岩石与塑性岩石讨论  63-66
  5.6 不同高径比下数值模拟与试验结果比较与分析  66-69
结论和展望  69-71
  结论  69-70
  展望  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-77
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  77

岩石点荷载试验研究

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