《裂隙岩體破壞模式及穩定性的深入研究》是依託石家莊鐵道大學，由李強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：裂隙岩體破壞模式及穩定性的深入研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李強
- 依託單位：石家莊鐵道大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
壓縮作用下岩體內部裂隙的擴展、貫通是導致岩體破壞失穩的重要原因。壓縮下裂紋起裂後並不立即失穩，而是形成新分支裂紋，隨著載荷增大，分支裂紋逐漸擴展貫通，直至岩體破壞。深入研究岩體內裂隙起裂後分支裂紋的擴展和貫通規律，對揭示岩體失穩的漸進破壞機制、分析岩體的穩定性具有重要的指導作用。本研究擬首先採用極限分析法得出壓縮作用下單裂紋的曲線翼型裂紋擴展路徑的漸近線，結合試驗、理論和數值方法得出翼型裂紋路徑的曲線方程，並建立曲線翼型裂紋模型，用於分析翼型裂紋擴展失穩特性。考慮到多裂紋的相互作用，採用斷裂理論對單裂紋曲線翼型裂紋模型進行修正，採用修正後的翼型裂紋模型，並結合次生裂紋的擴展特性，分析多裂紋岩橋的貫通規律，建立起多裂紋岩橋貫通模式與多裂紋初始參數的對應關係，並建立岩橋破壞準則，用於分析裂隙岩體的破壞模式與穩定性。採用ABAQUS二次開發實現裂紋擴展的數值模擬，結合試驗驗證以上結論的有效性。
結題摘要
壓縮作用下岩體內部分支裂紋擴展貫通是導致岩體失穩的重要原因，試驗表明壓縮作用下分支裂紋擴展路徑為曲線，而目前已有的分支裂紋模型都假設分支裂紋為直線路徑擴展，忽略了分支裂紋擴展的“曲線效應”，這與實際不符，所以研究曲線分支裂紋擴展特性更具有實際意義。本研究重點對壓縮作用下I型曲線分支(翼型)裂紋擴展特性展開深入的研究，得到以下成果：(1)採用試驗、理論和數值方法研究了張開型和閉合型初始裂紋的分支裂紋曲線擴展路徑的漸近特性，並推導出曲線分支裂紋的漸近線方程；(2)採用漸近函式對曲線分支裂紋擴展路徑進行了定量幾何描述，確定了漸近函式中未知參數，並進行了試驗和數值驗證；(3)建立了單曲線分支裂紋模型，給出了曲線分支裂紋應力強度因子計算表達式，與已有的直線分支裂紋模型不同，該模型考慮了分支裂紋擴展路徑曲線效應的影響，並進行了驗證；(4)在單裂紋曲線分支裂紋基礎上，考慮裂紋相互作用，通過修正單裂紋曲線分支裂紋應力強度因子中“驅動力τeff”，建立了多裂紋遠端分曲線支裂紋模型；(5)編寫了曲線分支裂紋擴展過程精確模擬的程式，提出模擬曲線分支裂紋擴展過程中，應採用曲線路徑的割線方向作為分支裂紋擴展方向，如採用切線作為方向角會導致曲線擴展路徑產生鋸齒狀，並根據斷裂力學理論確定了割線方向搜尋方法，完成了曲線分支裂紋的精確數值模擬。該項目建立了較完整的曲線分支裂紋理論模型，該模型直接建立了壓縮作用下初始裂紋特徵參數與曲線分支裂紋擴展特性之間的聯繫，通過該模型可以確定壓縮作用下曲線分支裂紋的曲線擴展路徑及其擴展載荷，進而分析多裂紋岩橋破壞問題，對豐富岩石斷裂力學內容具有一定的意義。
