岩体裂纹扩展机制数值模拟地研究

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1、致谢本论文的研究工作是在导师梁冰教授和副导师李宏艳高级工程师的悉心指导下完成的。由衷的感谢导师在这两年半时间里的悉心教导和所给予学习和生活上的关怀与帮助。导师严谨的治学态度和科研作风，博学的知识，甘于奉献的工作热情，严于律己的生活态度和永不止步的学习作风深深的影响着我的学习作风和生活方式。导师和蔼可亲的师长风范，使我在读研期间感受到了大家庭的温暖。借此机会，向导师致以最诚挚的敬意和感谢！感谢辽宁工程技术大学力学与工程学院的全体老师七年来对我的培养和关怀，及在读研期间和论文开题与研究过程中，给予的指导和帮助！论文的撰写过程中，梁导之家的各位师兄给予了大量的宝贵意见和大力帮助，在此对他们表示衷

2、心感谢！感谢梁导之家的所有师弟师妹在生活和学习上给与我的帮助！本论文的研究得到了国家自然科学基金青年科学基金项目(50904033)、国家重点基础研究发展计划(973)项目(2011CB201206)资助。尹成薇2011-10-27摘要近年来，岩体的渗流问题受到人们的广泛关注。岩体作为一种天然的地质体，它的形成过程包含复杂的地质变化，这些地质变化的作用结果使得岩体的内部含有各种缺陷（例如：孔隙，裂纹、节理等宏观非连续面）。由于这些缺陷的存在，使得在采用连续介质力学方法对岩体进行研究时，得到的结果可能与实际情况存在较大的出入。因此研究岩体中裂纹的萌生、扩展、贯通就显得尤为重要。2D基于离散单

3、元方法的颗粒流理论，利用PFC数值模拟软件对岩体的裂纹扩展规律进行了研究；探讨了不同位置和排列方式的单、双裂纹在不同的加载条件下的扩展贯通规律；揭示了岩体中的裂纹在水压力及侧压力作用下的演化规律。主要结论如下：2D1、通过对比PFC中所进行的双轴试验结果与实验室实验结果，讨论并建立了岩体的细观物理力学参数与宏观力学响应之间的关系；2、从细观上模拟了具有单条斜裂纹的岩体裂纹扩展的演化规律，分别讨论了不同水压力和侧压力对不同倾角的单条斜裂纹的影响。结果表明：当其它外界加载条件不变时，裂纹的初始扩展角随着侧压力的增大而增大；但随着水压力的增大有减小的趋势；3、分析了不同水压力对双裂纹扩展模式的影

4、响。结果表明：当裂纹的几何位置和其它条件加载条件不变时，水压力的增大，有助于拉伸翼形裂纹的扩展，在裂纹扩展过程中不易出现次生剪切裂纹，两裂纹的扩展贯通方式由剪切破坏转化为拉伸破坏。关键词：岩体；颗粒流；水压力；裂纹扩展；1AbstractTheseepageproblemaboutrockshasbeenconcentratedduringthepastyears.Asanaturalgeologicbody,theformationofrocksincludessomecomplicatedcourses.Thesecoursescouldmakerocksgeneratemanyfau

5、lts,whichincludingapertures,fractures,jointsandotherdiscreteplanes.Becauseofthesefaultsexisting,someconclusionswhichcomefromtraditionalcontinuummethodcouldnotwellmatchthepracticalphenomenon.Sotheresearchesofinitiation,expansionandcutthroughofcracksinrockareespeciallyimportant.ThePFC2Dsoftwareisuse

6、dtosimulatetheexpansionofcracksinrockbasedontheparticleflowtheorywithdiscreteelementmethod.Undersomedissimilarloading,expansionandevolutionofasinglecrackwithdifferentdipangleandtwocrackswithdifferentarrangementhavebeendiscussedconsideringthedifferentwaterpressureandsidepressure.Themainconclusionsf

7、romaboveareasfollowed:2D1.ComparingwithbiaxexperimentsprocessinginPFCandexperimentsprocessinginlaboratory,therelationshipbetweenmicro-physicalmechanicalparametersandmacro-mechanicalresponsehasbeenanalyzedandestab