大理岩断裂能与细观结构几何特征相关性研究

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1、上海交通大学硕士学位论文大理岩断裂能与细观结构几何特征相关性研究硕士研究生：姚哨峰学号：1120109061导师：葛修润、张振南申请学位：工学硕士学科：土木工程所在单位：船舶海洋与建筑工程学院答辩日期：2015年1月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUni-versityfortheDegreeofMasterSTUDYONTHECORRELATIONBETWEENFRACTUREENERGYANDGEOMETRICALCHARACTERSOF

2、MESOSTRUCTUREOFMARBLECandidate：YaoShaofengStudentID:1120109061Prof.GeXiurunSupervisor：ZhangZhennanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：CivilEngineeringSchoolofNavalArchitecture,Affiliation：OceanandCivilEngineeringDateofDefense：Jan,2015Degree

3、-Conferring-Institution：ShanghaiJongTongUniversity上海交通大学硕士学位论文大理岩断裂能与细观结构几何特征相关性研究摘要断裂能是描述脆性材料断裂行为的一个重要参量。岩石在细观尺度上由相互胶结的矿物颗粒组成。这种细观结构对岩石宏观断裂能具有非常重要的影响。岩石细观结构对宏观断裂能的影响来自两方面，一是细观结构的力学性能，二是细观结构的几何特征。为了揭示岩石宏观断裂能的细观机理，本文通过试验对岩石细观结构的几何特征与宏观断裂能之间相关性进行研究。首先通过三点弯曲试验测定

4、大理岩的断裂能，在试验后的三点弯曲试件断口处取岩石切片，进行电镜（SEM）扫描得到岩石真实的细观结构图像。然后利用图像处理技术对SEM图像进行处理以获取岩石细观颗粒的界面网络结构和细观颗粒的粒度分布等细观结构信息。通过分形几何理论来描述和研究这种细观结构几何特征。通过分析发现细观颗粒界面网络拓扑结构与细观颗粒粒度的分布均具有较强的分形特征。将二者的分形维数与试件的宏观断裂能对比，发现它们之间具有很强的相关性。界面网络分形维数与宏观断裂能之间具有很强的二次相关性；而细观颗粒粒度分布维数与宏观断裂能之间存在着较强的线

5、性关系。宏观断裂能在一定程度上随着两种分形维数的增大而增大，通过分形维数可以定量地描述岩石细观结构特征对岩石宏观断裂能的影响。该研究结果揭示了宏观断裂能与岩石细观结构几何特征的相关性，加深了对宏观断裂能细观机理的理解。关键词：岩石；细观结构；断裂能；几何特征；分形I上海交通大学硕士学位论文STUDYONTHECORRELATIONBE-TWEENFRACTUREENERGYANDGE-OMETRICALCHARACTERSOFMESOSTRUCTUREOFMARBLEABSTRACTFractureenergyi

6、saveryimportantquantitydescribingfracturebe-haviorsofrock.Rockconsistsofmineralgrainsonthemeso-scale.Thiskindofmesostructuregovernsthemacrofractureenergy.Thedetermina-tionofmesostructureonfractureenergycomesfromtwoaspects.Oneisthemechanicalpropertiesofmesostr

7、uctureandanotheristhegeometricalcharactersofmesostructure.Torevealthemesomechanismofmacrofrac-tureenergy,thepresentdissertationstudiesthecorrelationbetweenthegeometricalcharactersofmesostructureandthemacrofractureenergy.Toexploretheeffectsofmeso-structuregeom

8、etricalcharacters(to-pologyofgraininterfacenetworkandparticlesizedistribution)onthefractureenergyandgetinsightintothemicromechanismofmacrofractureenergyofrock,thethree-point-bendingtestis