岩石力学数值实验实验报告-张卫

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1、岩石力学数值试验实验报告姓名：张卫学号：1008010094班级：采矿102班指导教师：左宇军同组人：张宇舒程辉实验名称：不同均质度对岩石力学影响的数值拉伸实验2013年5月10日一、实验目的1、通过对RFPA学习，知道RFPA基本使用方法；2、了解RFPA模拟试验的条件和RFPA的基本功能。3、了解不同均质度对岩石力学的影响。二、实验原理RFPA是一种基于有限元应力分析和统计损伤理论的材料破裂过程分析数值计算方法，是一个能够模拟材料渐进破裂直至失稳全过程的数值试验工具。三、实验步骤RFPA数值模型试样尺寸：

2、100mm×50mm基元数：100×50应力分析模式：平面应力均质度：m=1.5,2,3,5,10压拉比：λ=10加载方式：直接拉伸加载条件：位移控制加载加载量：每步-0.0004mm试验内容：①应力-应变全曲线②强度；③破坏模式试样基元力学性质参数表力学参数参数值弹性模量均值E/Mpa60000相变阀值均值σ0/Mpa150泊松比μ0.25控制参数参数值摩擦角30o压拉比λ10残余阀值系数0.1控制参数参数值最大拉应变系数1.5最大压应变系数300相变准则修正的Coulomb操作步骤第一步：启动RFPA，新

3、建模型，选择文件名；建立存放的根目录。如：D:ProgramFilesRFPA2D_Basic，点击“应用”按钮。第二步划分网格，单击图标，在弹出的窗口中设置模型的大小，材料自发性等相关参数。单击确定：第二步：施加荷载，选择施加荷载→标准模式，设置相关参数，单击“确定”。如图所示：第三步：设置控制条件如图：第四步：计算，单击开始计算，直至材料完全破坏。如图所示：第五步：重复以上步骤，分别计算不同均质度m=1.5，2，3，5，10时的实验结果。实验结果分析1.当均值度m=1.5时①应力/力-加载步曲线：②强

4、度岩石的抗拉强度指标Rt=Pt/ARt=3.2×107/π×252×10-2=1.63×106kg/cm2③破坏模式由于应变较小，所以产生的破坏模式为“脆性破坏”。2.当均值度m=2时①应力/力-加载步曲线：②强度岩石的抗拉强度指标Rt=3.8×107/π×252×10-2=1.94×106kg/cm2③破坏模式由于应变较小，所以产生的破坏模式为“脆性破坏”。3.当均值度m=3时①应力/力-加载步曲线：②强度岩石的抗拉强度指标Rt=5×107/π×252×10-2=2.58×106kg/cm2③破坏模式由于应

5、变较小，所以产生的破坏模式为“脆性破坏”。4.当均值度m=5时①应力/力-加载步曲线：②强度岩石的抗拉强度指标Rt=6.4×107/π×252×10-2=3.26×106kg/cm2③破坏模式由于应变较小，所以产生的破坏模式为“脆性破坏”。5.当均值度m=10时①应力/力-加载步曲线：②强度岩石的抗拉强度指标Rt=8.3×107/π×252×10-2=8.04×106kg/cm2③破坏模式由于应变较小，所以产生的破坏模式为“脆性破坏”。实验结论1.根据本试验所得数据和整个试验过程的分析，岩石拉伸破坏模式综合起

6、来有三个阶段的形式：微破裂随机发展阶段；微破裂非均匀发展阶段；微破裂局部化发展阶段。2.根据对本试验结果的分析可得出不同均质度对岩石的破坏形式没有多大的区别，都集中体现为“脆性破坏”。3.综合对本试验的分析可得出不同均质度对岩石的强度影响较大，均质度越大，体现为岩石越完整，从而强度越大，这一观点符合岩石力学的相关结论。几点体会1.通过老师的讲解及实际操作，在完成教学课时后有很大的收获。岩石基本力学特性的实验研究，是岩石工程设计中的一项极为重要和基本的工作。岩石的力学特性不仅是定量评价岩体分类的主要依据，它也是

7、工程岩体稳定性分析和工程设计必不可少的基础参数。2.目前有关岩石破裂与失稳过程的研究，仍然主要依赖于现场观测和实验物理实验。现场观测对工程而言是非常必要的，但由于这种方法受到现场条件、人力、物力和人力的限制，很难在教学中得到充分利用；物理实验虽直观，但有关岩石破裂过程现象的复杂性，以及实验室观测手段、经费等条件限制，通常的岩石力学教学很难通过大量的物理实验向学生直观演示各种岩石变形、破坏的复杂现象。因此，数值试验方法可能补充常规的实验教学，达到岩石力学辅导学习的目的。3.利用计算机RFPA软件对岩石的变形与破

8、裂过程进行数值试验，不仅具有通过性强、方便灵活、具有可重复性等特点，而且可以通过数值实验得到许多在常规实验室中观测不到的重要信息,特别适合复杂系统的描述，同时强大存储器件能够记录下计算对象每一个构成基元在任何时间内的信息，可以根据不同需要整理这些数据，并以图形、报表、和文字的形式反映出来，以满足理论分析、工程设计等需要。因此，运用数值计算方法研究岩石的力学问题具有广泛的发展前景。