【摘 要】
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岩体中裂隙随时间的发展规律是断裂力学的重要研究内容之一。岩体中的初始裂纹在工程扰动的影响下,发生起裂、扩展和贯通。此时裂隙岩体在扰动应力的作用下,随着时间的发展,裂隙
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岩体中裂隙随时间的发展规律是断裂力学的重要研究内容之一。岩体中的初始裂纹在工程扰动的影响下,发生起裂、扩展和贯通。此时裂隙岩体在扰动应力的作用下,随着时间的发展,裂隙会进一步扩展,引起应力分布产生缓慢的变化,应力分布的变化会引起新的裂隙起裂和扩展,甚至贯通。这种在时间效应影响下产生的变化往往决定岩体长期的稳定性。因此,对岩体内部裂隙群的发展进行深入的研究,掌握裂纹随时间的变化规律,对于推测裂隙群中的裂隙贯通时间和评价工程长期稳定性具有重要的理论和工程意义。 本文研究内容以及所得到的结论包括以下几个方面: 首先,通过分析裂隙的开裂准则和翼型裂纹的开裂公式,建立两条翼型裂纹交汇模型,以及翼型裂纹与原生裂纹的交汇模型。分析了裂隙交汇时的速度公式,利用增量法计算长期应力作用下,翼型裂纹长度随时间的变化规律。同时引用能量守恒定律,推导了当裂纹交汇后,另一侧翼型裂纹的长度计算公式。研究结果表明:(1)长期应力作用下,裂隙长度与时间满足一定的函数关系式,通过解一阶高次微分方程理论上可以得出解答。但对于增量法对裂隙长度的计算会更加简便实用。(2)从能量守恒的角度,推导了交汇裂纹非交汇侧的翼型裂纹长度计算公式。 其次,建立数值模型,对裂隙群内的每条裂隙的增长速率进行计算。在考虑翼型裂纹之间的相互作用的条件下,对裂隙群内的裂纹长度进行计算。研究结果表明:当初始裂隙分布较为稀疏,即不考虑裂纹交汇的条件下,开尔文模型由于一定的合理性。 最后,基于损伤力学,在考虑岩裂纹尺寸的条件下,开发了损伤本构模型。研究结果表明:本文提出的损伤模型能够反应微观裂隙到宏观损伤演化关系,具有一定的工程实用意义。
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