降温对岩石裂隙扩展影响机理的数值试验研究

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1、西安理工大学硕士学位论文降温对岩石裂隙扩展影响机理的数值试验研究姓名：闫娜申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：李宁;范留明20070301摘要降温对岩石裂隙扩展影响机理的数值试验研究学科名称：岩土工程答辩日期：导师姓名：李宁、范留明作者姓名：闰娜本文主要针对低温地下储库的围岩稳定性问题，旨在研究降温对岩石裂隙扩展的影响机理。主要以围岩中的I型裂纹为研究对象，从理论和数值试验两方面研究了降温时在温度应力作用下裂隙扩展的机理，探讨了岩石类型和降温过程对岩石裂隙扩展机理的影响。此外，还阻围岩中靠近洞壁的倾斜裂纹为研究对象，探索了裂隙与洞壁的夹角对这种I、II复合型裂纹扩展的影响机理

2、。研究成果对类似的科学研究和工程问题都具有一定的借鉴意义。利用叠加原理推导出温度应力和地应力的共同作用下I型断裂裂纹断裂判据的具体形式，反映了地形因素(埋深H)、岩性因素(弹性模量E、泊松比／z、线膨胀系数口和容重)，)以及温度场的因素(变温△7')对裂纹扩展的影响。通过数值试验表明岩石的线膨胀系数是影响温度致裂的重要因素。考虑线膨胀系数随温度降低而降低之后，裂尖应力强度因子减小为原来的50％r--60％；线膨胀系数取值变化一定的倍数，裂尖的应力强度因予的相对变化因子不小于0．8。此外，岩石弹性模量对裂隙扩展影响也较大。降温过程对裂隙扩展的影响结果表明，裂隙长度增加150％，裂尖应

3、力强度因子的稳定值增加50％左右：降温强度越大，裂尖应力强度因子值越大，其增长幅度比边界温差的变化幅度小10％r30％。裂隙面不垂直洞壁，裂隙在温度应力作用下为I型和II型拉剪复合断裂。不同倾角的裂隙由温缩产生破裂的起裂方向都是沿着温度传播的方向，与其倾角无关，但扩展的长度却与裂隙倾斜程度有关，裂隙面与温度传播方向的夹角越小，则由温缩引起裂隙扩展的长度就越大，张开变形也越大。当裂隙与洞壁的夹角B由50增加到850时，I型的裂尖应力强度因子逐渐增加；而II型的裂尖应力强度因子则先增后降，呈单峰型，在45o时达到最大值。从工程应用的角度出发，给出了一定地质条件下，初步确定了储存介质温度

4、与储库埋深之间的关系的图表，为工程设计提供参考。关键词：降温裂隙温度应力应力强度因子断裂韧度AbstractSTUDYOFTHEROCKCRACKREACTlONINLOWTEMPERATUREMajor：GeotechnicalEngineeringDateofrejoin：Advisor：LiNing，FanLiumjngAuthor：YanNaAimingattherockstabilityinlowtemperatureundergroundcavern，thispaperinvestigatedthecrackfracturewhenrocksufferssub—zero

5、temperature．thecrackofItypewaschosenforthemainobjecttostudyandtheinfluenceofrocktypeandthetemperaturefallprocessonthecrackfractureWastobeinvestigate．Besides，thecrackofIandIIcomplextypeWaschosenforthesubordinateobjecttostudyandtheinfluenceofthecrackobliquityoncrackfractureWastObeinvestigated．Th

6、eresultsofthispaperhavesomereferencevaluetotheanalogouslyprojectsandsimilarprobework．Theconcretefamationofcrackfracturecriterionwassetupwhencrackundercooperateactionofthetemperaturestressandtheinitialstress．Fromthecriterion，theinfluenceofthedepthofcaveo，therocktypeandthetemperaturedifferencein

7、thecaveG'lonthecrackfracurecanbegained．ThesimiiationanalysisresultsshowthatthemostkeyfatorthatinfluencethecrackfractureWaSthelinearexpansivecoefficiency(LEC)．WhentheLECdownwiththetemperaturedownastherockusuallybehavestakenintoaccount，th