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大理岩加卸荷破坏过程的颗粒流数值模拟及其试验验证
作 者: 贤彬
导 师: 王在泉
学 校: 青岛理工大学
专 业: 工程力学
关键词: 大理岩 常规三轴 峰前卸荷 颗粒流 数值模拟
分类号: TU452
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
随着矿山开挖和地下工程的增多,对岩石在开挖过程中的卸荷现象进行的研究越来越多,但是室内试验的局限性制约了研究的进展,为了更好地研究岩石在开挖过程中的各项力学性质及其变化,可以采用数值模拟进行研究。本文以河南大理岩为研究对象,在室内大理岩不同加卸荷力学破坏试验的基础上,探索采用基于离散元的颗粒流数值软件PFC2D模拟不同加卸荷条件下大理岩的受力及变形破坏机理,模拟结果初步证明了其可行性,并得到了室内试验结果的验证。本文的主要研究工作如下:(1)在不同加卸荷条件下大理岩破坏实验基础上,探索采用颗粒流数值软件PFC2D进行复杂加卸荷条件下岩石破坏机理的可行性,初步建立了常规三轴试验和峰前卸荷的数值模型,并结合室内实验结果,系统研究了PFC2D进行数值模拟时细观参数对宏观参数(如弹性模量,泊松比,破坏形式)等的影响,合理确定了模拟参数。(2)进行了大理岩常规三轴试验破坏过程的数值模拟,数值模拟结果与实际试验所得到的结果,如粘聚力和内摩擦角等,基本是一致的,应力-应变曲线虽然不完全一样,但总变化趋势相同,并获得了研究卸荷时的基本细观参数。(3)重点对大理岩峰前不同围压、不同卸荷速率条件下的破坏机理、力学参数进行了数值模拟研究,通过模拟研究得出的应力-应变曲线、破坏形式及抗剪强度的变化规律分析,得出了卸荷条件下的岩石破坏机理。
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全文目录
摘要 7-8 Abstract 8-10 第一章 绪论 10-15 1.1 研究意义 10 1.2 研究现状 10-13 1.2.1 岩石加卸荷破坏机理的国内外研究现状 10-12 1.2.2 岩石破坏机理细观数值模拟的国内外研究现状 12-13 1.3 主要研究内容与技术路线 13-15 1.3.1 主要研究内容 13-14 1.3.2 技术路线 14-15 第二章 颗粒流细观软件 PFC2D 及参数选择 15-33 2.1 颗粒流软件 PFC2D 简介 15-16 2.1.1 PFC2D 产生的背景 15 2.1.2 PFC2D 的基本假设 15 2.1.3 PFC2D 的特点 15-16 2.2 PFC2D 的接触模型简介 16-19 2.2.1 接触-刚度模型 16-17 2.2.2 滑动分离模型 17 2.2.3 粘结模型 17-19 2.3 基于试验基础的 PFC2D 细观参数与宏观参数的关系研究 19-32 2.3.1 影响弹性模量与泊松比的细观参数 23-26 2.3.2 影响应力-应变变化的细观参数 26-27 2.3.3 影响破坏形式的细观参数 27-30 2.3.4 摩擦因数的影响 30-32 2.4 本章小结 32-33 第三章 大理岩常规三轴试验数值模拟及试验验证 33-44 3.1 试验及数值模拟方案 33-34 3.1.1 室内试验的条件及方案 33 3.1.2 数值模拟的条件及方案 33-34 3.2 模型的建立 34-37 3.3 试验结果分析 37-43 3.3.1 应力-应变分析 37-41 3.3.2 破坏形式分析 41-42 3.3.3 粘聚力与内摩擦角分析 42-43 3.4 本章小结 43-44 第四章 大理岩加轴压卸围压数值模拟及试验验证 44-53 4.1 试验及数值模拟方案 44-45 4.1.1 大理岩卸荷试验方案 44 4.1.2 大理岩卸荷数值模拟方案 44-45 4.2 模型的建立 45 4.3 试验结果分析 45-52 4.3.1 应力-应变分析 45-48 4.3.2 破坏形式分析 48-49 4.3.3 粘聚力与内摩擦角分析 49-51 4.3.4 卸荷速度对试验的影响 51-52 4.4 本章小结 52-53 第五章 结论与展望 53-54 5.1 结论 53 5.2 展望 53-54 参考文献 54-57 攻读硕士学位期间科研工作 57-58 致谢 58
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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 土力学、地基基础工程 > 岩石(岩体)力学及岩石测试 > 岩体力学性质及应力理论分析
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