基于声发射和图像处理技术对类岩石材料破裂过程的模型试验研究

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1、基于声发射和图像处理技术对类岩石材料破裂过程的模型试验研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：李鹏飞指导老师：周小平教授专业：土木工程学科门类：工学重庆大学土木工程学院二O一五年五月StudyonModelTestoftheProcessoftheRocklikeMaterialsFailureBasedonAcousticEmissionandImageProcessingTechnologyAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillment

2、oftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByLiPengfeiSupervisedbyProf.ZhouXiaopingSpecialty:GeotechnicalEngineeringCollegeofCivilEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay2015中文摘要摘要由于复杂的地质构造和赋存条件，岩石是一种典型的不连续介质，存在一些如矿物解理、微裂隙、粒间空隙、晶格缺陷等内部缺陷。国内外学

3、者经过大量研究发现，在受力的情况下，这些软弱结构面会张开、扩展并贯通引起岩石的失稳甚至破坏。因此，进行含预制裂纹试样的相似模型试验研究，对实际工程有重要的指导意义。关于含两根预制裂纹的试样，学者们做了大量的研究工作，但没有综合考虑空间布置对试样破坏过程的影响。本文为了研究裂纹空间布置因素对起裂模式、破坏模式、试样力学特性以及试样表面位移变化的影响，基于声发射和图像处理技术主要做了以下工作并取得了相应成果：①对预制裂纹尖端微裂纹出现的先后顺序进行了描述，并对新生裂纹的类型进行了归类：翼型裂纹，次生共面裂纹和次生倾斜

4、裂纹。考虑了裂纹的空间布置因素对起裂模式和破坏模式影响：随着裂纹倾角增大，当裂纹间距比较小时，试样破坏模式由剪切破坏向张拉破坏转变，而当裂纹间距比较大时，试样破坏模式在张拉破坏的几种模式之间转变；随着裂纹间距的变大，试样由剪切破坏向张拉破坏转变；随着裂纹未连通率变化，试样破坏模式主要在张拉破坏的几种模式之间转变。②分析在不同空间分布下试样的应力-应变曲线，考虑了裂纹的空间布置因素对试样力学特性的影响：随着裂纹倾角的变大，试样的起裂应力有先减小后增大的，也有一直增大的，而峰值应力有先增大后减小的，也有一直增大的；随

5、着裂纹间距的变大，试样的起裂应力和峰值应力都是先减小后增大；随着裂纹未连通率变小，试样的起裂应力和峰值应力都是先减小后增大。③根据试样破坏过程中的声发射数据和应力应变曲线，分析每个试样破坏过程中的声发射特征，得到如下结论：剪切破坏模式中产生声发射事件的水平比较低，其变化趋势与应力应变曲线基本一致；张拉破坏模式中产生声发射事件的水平比较高，其变化趋势与应力应变曲线有较大的不同。④通过观察试样的位移矢量图和数值模拟结果，分析了裂纹起裂和试样破坏时的位移变化情况，得到如下结论：起裂时，试样变形一般以压缩变形为主，试样一

6、般有向下方移动的趋势；破坏时，试样表面位移改变比较大，有明显的相对滑移现象；根据裂纹空间布置的不同，相对滑移面沿主对角线或副对角线。关键词：裂纹试样，破坏模式，力学特性，声发射特征，位移矢量图I英文摘要ABSTRACTDuetothecomplicatedgeologicalstructureandoccurrenceconditions,rockisatypicallydiscontinuousmediumthatalwayscontainsalargenumberofinnerdefectssuchasmin

7、eraljoints,micro-fissures,spacesofparticleandsoon.Manyscholarsathomeorabroad,havemadesomeresearchandfoundthat,underloading,somefissureswouldstretchpropagationandcoalescenceleadingtoinstabilityandevenfailureoftherock.Hence,thereisgreatsignificanceforpracticale

8、ngineeringthatconductthesimilarmodeltestsofspecimenscontainingpre-existingfissures.Scholarshavemadealotofshudiesonspecimenscontainingtwopre-existingfissures.But,theyhavenottakenspacearran