【摘 要】
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岩石的形成过程决定了岩石的复杂材料性质。在自然界中复杂的地质作用下,在岩石内部形成性质各异,规模不同的地质结构面,使得岩石的破坏特征和力学性质错综复杂。随着经济的快速发展,生产建设过程中遇到的岩土问题随之日趋复杂。本文结合前人关于岩石节理面的试验和理论成果,确定研究变量并通过室内实验和数值模拟分析,从细观和宏观两个角度研究节理以及多节理岩体的变形特性和强度,本文主要做了如下工作:(1)本文通过正交
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岩石的形成过程决定了岩石的复杂材料性质。在自然界中复杂的地质作用下,在岩石内部形成性质各异,规模不同的地质结构面,使得岩石的破坏特征和力学性质错综复杂。随着经济的快速发展,生产建设过程中遇到的岩土问题随之日趋复杂。本文结合前人关于岩石节理面的试验和理论成果,确定研究变量并通过室内实验和数值模拟分析,从细观和宏观两个角度研究节理以及多节理岩体的变形特性和强度,本文主要做了如下工作:(1)本文通过正交试验来确定岩石相似材料配比,然后基于JRC曲线制作试件模具,进而制备试件;通过直剪试验与单轴压缩实验确定相似材料的各种力学材料参数。(2)对试件进行压剪实验探究其剪切特性,研究不同围压以及粗糙程度下,节理岩体的破坏形态和抗剪强度,研究结果表明:围压对节理面抗剪强度的影响比较明显,围压越大,抗剪强度越大。不同节理面粗糙程度与剪切速率对节理面剪切特性影响也较为显著。(3)利用有限元软件ABAQUS对节理剪切过程中的细观破坏机理进行了分析,为了更好地研究剪切过程中节理面周围随机裂缝分布以及细观破坏情况,运用ABAQUS网格划分后,在单元体之间批量嵌入零厚度粘聚力单元,模拟岩石颗粒之间化学粘结作用,使得更为准确的提现岩块试件细观裂纹的产生和扩展。将模拟结果与实验数据对比,结果表明二者吻合度较高。(4)在单节理数值模型的基础上,对双节理岩体进行模拟,研究在两条平行节理下,节理面粗糙度、剪切速率以及围压对抗剪强度的影响。模拟结果显示,双节理岩体因为节理岩石中夹层的破坏导致岩石峰值剪切应力的下降。剪切过程中,粗糙度更高的节理岩体峰值剪切强度也并没有体现出明显的正相关关系。从整个剪切过程来看,双节理岩体在直剪作用下的剪切位移-应力变化大致与单节理相同,只不过多节理在残余剪切阶段并没有出现较大的突降。
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