巖石三維裂隙擴(kuò)展的數(shù)值模擬研究.pdf

1、地球上絕大部分的巖體中都含有裂隙缺陷，而由裂隙缺陷引起的工程事故屢見不鮮，所以有關(guān)于裂隙缺陷的擴(kuò)展而引起的巖體破壞作為一個無法回避的問題，越來越得到巖石力學(xué)界、工程地質(zhì)界以及相關(guān)工程界的重視。目前有關(guān)二維裂隙擴(kuò)展的研究成果較多，巖石三維裂隙擴(kuò)展的研究有待完善。由于三維裂隙試件制作困難，且裂隙擴(kuò)展的過程因其不透明性而不易觀察，給通過試驗而得到三維裂隙擴(kuò)展規(guī)律帶來了非常大的阻力，而數(shù)值模擬成為解決這些難題最直觀、有效的方式。
　　本論

2、文為了獲得巖石不同裂隙單軸加載的破壞機(jī)理，利用ANSYS軟件建立了含傾角分別為0°、30°、45°、60°和90°的表面裂隙和內(nèi)置裂隙模型，以有限差分軟件FLAC-3D為計算平臺，利用FISH語言編制數(shù)值計算程序?qū)δＰ瓦M(jìn)行計算分析。計算結(jié)束后，提取了相關(guān)的塑性區(qū)變化圖、裂隙擴(kuò)展圖，以及模型試件加載過程中試件上表面中心位置一點的應(yīng)力值、應(yīng)變值、破壞強度和裂隙的起裂角度、位置，通過分析發(fā)現(xiàn):單軸加載過程中，含相同傾角表面裂隙試件比內(nèi)置裂隙試

3、件更容易發(fā)生裂隙的擴(kuò)展和受壓破壞，但它們裂紋擴(kuò)展路徑都是在裂隙尖端附近最大主應(yīng)力方向上，而且翼裂紋最早出現(xiàn);含60°傾角表面裂隙試件在單軸加載過程中，相對于含其它傾角表面裂隙的試件塑性區(qū)最快從試件內(nèi)部衍生到表面、最早產(chǎn)生裂隙的起裂而且最容易發(fā)生受壓破壞;含60°內(nèi)置裂隙試件在加載過程中，相對于含其它傾角內(nèi)置裂隙的試件最早出現(xiàn)翼裂紋和反翼裂紋的擴(kuò)展，而且在相同加載條件下裂紋擴(kuò)展的長度最大，也最容易受壓破壞，翼裂紋的出現(xiàn)早于反翼裂紋，但反翼

4、裂紋擴(kuò)展活躍并很快超過翼裂紋的擴(kuò)展長度而主導(dǎo)了試件的受壓破壞;內(nèi)置裂隙試件的起裂強度有由傾角90°和0°向54.7°內(nèi)置裂隙模型減小的趨勢，驗證了文中內(nèi)置幣狀裂隙最有利擴(kuò)展角為54.7°的推算。
　　通過分析不同傾角表面和內(nèi)置裂隙的擴(kuò)展過程，不僅強化了人們對巖石力學(xué)和斷裂力學(xué)中有關(guān)三維斷裂問題以及局部和廣義巖石工程失效問題的進(jìn)一步認(rèn)識和了解，而且為水利、能源以及土木工程等領(lǐng)域相關(guān)工程的計算分析提供理論依據(jù)。因此，本文具有非常重要的