巖石常規(guī)試驗斷裂損傷演化及其控制的分形幾何研究.pdf

1、巖石是由多種礦物晶粒組成的集合體，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中隨機分布著大量的微裂紋和微孔隙。它不是離散介質(zhì)，也不是連續(xù)介質(zhì)，因此存在著宏、細(xì)觀的不連續(xù)性。傳統(tǒng)的研究方法往往把巖石均化為宏觀的連續(xù)體，從而忽略了巖石材料中的微缺陷或微裂紋的形成及其發(fā)展對材料力學(xué)性能的影響。然而巖石的破壞機制是在外力作用下，其內(nèi)部微裂紋萌生、擴(kuò)展及貫通，直至宏觀裂紋形成，促使式樣破裂的整個過程。眾所周知，巖石破壞后的斷口記錄著其斷裂過程，斷口上蘊藏著關(guān)于斷裂機理的信息。通

2、過對斷口表面的分析可以追溯巖石斷裂產(chǎn)生的機理。然而斷口表面是粗糙不平的，其表面的幾何形態(tài)難以用經(jīng)典的幾何語言進(jìn)行描述。分形理論的研究表明:巖石斷裂表面的幾何形態(tài)具有分形特征，用分維數(shù)可以定量地描述巖石斷口表面的粗糙程度。通過分維值可以追溯到巖石斷裂時的宏觀力學(xué)行為。
　　本文利用SAW-2000微機控制電液伺服巖石三軸試驗機，對鑫安煤礦所取的石灰?guī)r試件進(jìn)行一般力學(xué)性質(zhì)試驗，得到石灰?guī)r單軸、三軸試驗下的全應(yīng)力應(yīng)變曲線、巖石斷口及其宏

3、觀圖像。利用JSM-6510LV高低真空掃描電子顯微鏡，對石灰?guī)r試件斷口進(jìn)行電鏡掃描，獲得試件斷口的細(xì)觀掃描圖像。借助Photoshop將石灰?guī)r斷口圖像處理成灰度圖，利用分形理論，采用盒子計數(shù)法計算獲得石灰?guī)r斷口的分形維數(shù)。從損傷力學(xué)的角度出發(fā)，根據(jù)Weibull統(tǒng)計分布理論，結(jié)合分形幾何，在連續(xù)損傷力學(xué)的基本關(guān)系式中引入約化參數(shù)，推導(dǎo)出石灰?guī)r在單軸、三軸壓縮試驗下的損傷模型，并與試驗結(jié)果進(jìn)行比較，驗證了理論模型的合理性。巖石由微裂紋的