岩石类材料损伤断裂机理研究

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该文运用理论分析、试验分析及数值分析手段进行研究,主要内容如下:首先,对多裂纹问题进行分析,提出了一种分析多裂纹特别是近距离放置裂纹相互作用的一种新的方法,并将该方法推广到岩石类材料中的压剪裂纹相互作用分析.Kachanov在分析多裂纹相互作用时,只考虑裂纹面均布荷载的影响,因而该方法的精度依赖于裂纹间的距离的大小.为了提高Kachanov方法的计算精度,该文进一步考虑线性分布面力的影响.第二,针对岩石类材料的复杂性和非均质性提出两种新的模型:内张型滑动裂纹模型和单翼滑动裂纹模型,并将这两种模型和经典滑动裂纹统一为锯齿形裂纹模型.第三,对损伤力学研究中的一些模糊问题进行思考,并对损伤力学的发展趋势做了一个初步的预测,认为基于细观的唯象损伤理论将是损伤力学的未来发展方向.对损伤力学中经典的损伤变量定义进行探讨,提出了一种基于"有效损伤体积"的损伤变量新定义.第四,采用含预制裂纹真实岩块试件对压剪应力场中的裂纹扩展及裂纹搭接进行了初步的试验研究.最后,采用岩石破裂过程分析软件RFPA<2D>对该文试验进行数值模拟分析.还进行了有加工孔试件和无加工孔试件的对比有限元分析,模拟分析表明:数值计算较好地模拟了完整或含预制裂纹的岩石试样的破坏过程.破坏基本沿裂纹尖端萌生和扩展,所形成翼裂一般逐步趋向和荷载方向一致.数值分析还表明:加工小孔的存在,对试件破坏机理和过程没有实质性的影响,这就表明试验研究结果是可信的.第四,采用含预制裂纹真实岩块试件对压剪应力场中的裂纹扩展及裂纹搭接进行了初步的试验研究.最后,采用岩石破裂过程分析软件RFPA<2D>对该文试验进行数值模拟分析.还进行了有加工孔试件和无加工孔试件的对比有限元分析,模拟分析表明:数值计算较好地模拟了完整或含预制裂纹的岩石试样的破坏过程.破坏基本沿裂纹尖端萌生和扩展,所形成翼裂一般逐步趋向和荷载方向一致.数值分析还表明:加工小孔的存在,对试件破坏机理和过程没有实质性的影响,这就表明试验研究结果是可信的.
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