脆性材料中三维张开型十字交叉裂隙扩展机理的试验研究

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1、脆性材料中三维张开型十字交叉裂隙扩展机理的试验研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：崔玉龙指导老师：周小平教授黄煜镔副教授专业：交通运输工程学科门类：工学重庆大学土木工程学院二O一五年五月Theexperimentstudyonthepropagationmechanismof3DOpeningCross-cracksinsidebrittlematerialsAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByCu

2、iYulongSupervisedbyProf.ZhouXiaopingbyA.P.HuangYubinSpecialty:TrafficandTransportationEngineeringCollegeofCivilEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay2015中文摘要摘要地下深部岩体蕴含着大量的三维裂隙和孔隙等缺陷，外部荷载扰动造成了岩体内裂纹的萌生、扩展至断裂贯通破坏。裂隙效应的存在会使得岩体整体强度降低，影响刚度，变形等力学特性。由此引发众多工程灾害，如地下硐室中岩爆、塌方，边坡的滑塌，坝基中的深度裂缝。目前为

3、止，虽然国内外学者积极投身于裂隙岩体断裂损伤机制的研究，但岩体中三维裂隙的扩展机理的断裂试验研究仍处于探索阶段，并且试验研究成果多集中于三维单裂隙或单裂隙组的断裂机制，对于复杂形式裂隙的扩展和裂隙组的扩展、贯通模式却少有研究。本文针对类岩石材料试样中三维内置十字交叉裂隙和双组十字交叉裂隙的断裂试验研究，探讨岩体中复杂形式的裂隙的扩展机理，推动裂隙岩体断裂损伤机理深入发展。将所做的主要成果归纳如下：①综述国内外关于裂隙岩体断裂理论与试验的研究现状，概括岩石中三维单裂隙的起裂、扩展机制和多裂隙组扩展、贯通机理研究的新进展；参阅断裂理论的基础上，明确本文断裂试验研究的目的和方案。②本文是以相

4、似材料模型试验为基础，而对于类岩石材料的选择问题，既要满足岩石脆性特征，又便于清晰观测裂纹扩展的整个过程。采用透明的有机玻璃材料(PMMA)，低温呈脆性。对比选择好冷冻温度和时间，以求试样能够表现更好的脆性特征。③单轴压缩加载条件下，对内含倾角不同(α=15°，30°，45°，60°，75°)的五种单组十字交叉裂隙试样进行断裂试验，详尽描述裂纹的三维扩展过程。总结新生裂纹主要类型有包裹型翼裂纹，鱼鳞状、花瓣状和贝壳状次生裂纹等。④根据裂纹的扩展特征，分析单组十字交叉裂隙试样的起裂模式，扩展模式和破坏模式，量测翼裂纹扩展的几何参数。交叉裂隙的扩展模式远比单根裂隙的扩展形式要复杂的多。⑤建

5、立翼裂纹起裂角的理论值预测模型，与试验测量值对比，总结翼裂纹起裂角与预置裂隙倾角的关系，即随着单裂隙倾角的增大，其尖端翼裂纹起裂初始角度逐渐减小。⑥单轴压缩加载条件下，对倾角(α=30°，45°，60°)与裂隙未连通率(c=-10，0，10)，九种不同分布形式的双十字交叉裂隙组试样进行断裂试验，分析岩桥区新生裂纹的连接形式，总结岩桥区的四种贯通模式，主要以翼裂纹贯通岩桥区为主。⑦分析交叉裂隙和交叉裂隙组的裂纹起裂应力和峰值强度等力学性能；研究裂隙效应的对试样峰值应力的影响方式。I重庆大学硕士学位论文⑧从裂纹扩展、贯通模式和起裂应力等力学性能的角度，分析雁行式槽型裂隙组与交叉裂隙组的扩展

6、、贯通机制的区别。关键词：相似模型断裂试验，十字交叉裂隙，单轴压缩，扩展机理，应力特性II英文摘要ABSTRACTRockMass,deeplyunderground,containalargenumberofdefects,suchas3-Dflawsandpores.DuetoExternalloaddisturbances,theinternalthree-dimensional(3-D)crackswouldleadtotheinitiation,propagation,coalescenceandevenfailure.Theeffectofflawsonrockmassma

7、kesmaterialstrengthreductionanddegradationofthestiffnessordeformation.Thisphenomenonevencancauserockburstinundergroundspaces,collapse,landslipanddeepfractureinthefoundationengineering.Sofar,manyresearchers,athomeandabroad,de