含水节理岩体损伤演化的CT实验分析及数值模拟研究

来源 :中国科学院武汉岩土力学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lym66688
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该文首先介绍了论文实验所采用的CT无损检测技术及其在岩土工程中的应用,以及自行设计的和CT机配套的可注水加载系统,并分析了考虑渗流压力下节理岩体损伤演化的地质基础. 在此基础上,运用模型材料,进行了无水含单裂纹试件单轴压缩实验、无水含双平行裂纹试件三轴压缩实验、含高压水单裂纹试件单轴(三轴)压缩实验以及三向应力下含单裂纹试件的水压致裂CT实时扫描检测实验,观察记录了试件中裂纹扩展、闭合、再扩展直至贯通的全过程,得到了实验各阶段清晰的CT扫描图和试件各部位的CT数及方差.通过对实验结果的分析和CT扫描成像的三维重建功能,从细观和三维的角度得到了各种不同的应力环境下,节理岩体裂纹扩展机理和损伤演化规律,分析了渗透压力及围压对节理岩体破坏的影响.推导了用CT数表示的节理岩体在有(无)渗透压力作用下损伤变量的表达式,提出了损伤阀值和损伤演化率的概念,并对各实验结果进行了比较,探讨了复杂应力环境对节理岩体破坏的影响. 建立了考虑水压和损伤情况下节理岩体的计算模型,推导了在有渗透压力作用下节理岩体的损伤断裂判据和水压致裂的临界水头压力值.为适应工程需要,根据节理裂纹压剪应力场中的扩展变化过程和扩展过程中的能量变化,建立了能量损伤演化方程,并建立了渗流场和损伤场共同作用下三维脆弹性和弹塑性本构方程.通过算例进行了验证,结果令人满意.
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