【摘 要】
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在大型岩体工程的施工过程中,常常涉及到裂隙岩体这一复杂介质。长期以来,对于裂隙岩体的研究一直是岩石力学领域的焦点和热点。而岩体内部往往孕育着随机分布的地质结构面,它们的存在是造成工程岩体失稳破坏的主要原因之一。在此背景下,本文针对复杂裂隙网络岩体这一对象开展了试验研究。利用3D打印技术,制备出了含有复杂裂隙网络的类岩石试件。基于水溶性打印材料遇水软化的特点,进一步将其加工成张开型裂隙网络实体模型,
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在大型岩体工程的施工过程中,常常涉及到裂隙岩体这一复杂介质。长期以来,对于裂隙岩体的研究一直是岩石力学领域的焦点和热点。而岩体内部往往孕育着随机分布的地质结构面,它们的存在是造成工程岩体失稳破坏的主要原因之一。在此背景下,本文针对复杂裂隙网络岩体这一对象开展了试验研究。利用3D打印技术,制备出了含有复杂裂隙网络的类岩石试件。基于水溶性打印材料遇水软化的特点,进一步将其加工成张开型裂隙网络实体模型,并采用软弱充填物进行充填。在此基础上,开展了对裂隙网络类岩石试件的单轴压缩试验研究,采用数字图像相关方法对加载过程中的变形演化过程进行了定量分析,引入了标准差和分异速率2个数理统计指标,定量分析了应变场的变化。此外,采用不同充填物进行了充填,进一步对填充物影响效应进行了试验研究。同时,通过RFPA2D数值模拟软件对裂隙网络试件在单轴压缩状态下破裂过程进行了模拟。本文的主要工作和研究成果如下:（1）通过3D打印技术可以高精度重构裂隙网络类岩石试件,并且所制备的模型试件稳定的力学性质和极小的变异系数,具有良好的可重复性,能够有效的模拟真实岩石复杂结构,对裂隙岩体的研究有着重要的参考价值。（2）根据单轴压缩试验过程下的应力-应变曲线特征,可以将试件破坏特征整体划分为4个阶段:初始压密、弹性变形、裂纹扩展和应变软化。其中,峰后曲线呈现出塑性应变软化特征。（3）采用DIC技术实现全场非接触、实时监测,对轴向荷载作用下的裂隙网络试件全局应变场进行了定量描述,试验结果表明试件变形破裂过程表现为渐进演化,从应变场的角度反应出了裂纹萌生、扩展机制。（4）通过计算水平应变场(εxx)、垂直应变场(εyy)和剪切应变场(γxy)的标准差曲线,得出应变场标准差变化主要经历了增长缓慢阶段、稳步增长阶段和加速增长阶段;通过对标准差进行有限差分求导计算了水平应变场(εxx)的分异速率曲线,发现应变场的分异速率曲线峰值对应于宏观裂纹的产生,并能够在一定程度上预测试件的起裂。（5）裂隙填充物的差异会对试件的物理力学特性造成影响,尤其是在变形发展的前期,填充物的存在会引起周围应变场显著的变化,而由于填充物本身的差异,所引起的变化程度也有所不同。（6）RFPA2D数值模拟软件能够有效地模拟真实岩石受荷过程,通过输出相关模拟计算结果,可以直观地观察应力场分布情况以及裂纹扩展过程。
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