岩石的局部化变形与巷道围岩破裂机理研究

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岩石的局部化变形是指岩石材料在荷载的作用下,大量的剪切应变集中到岩石材料的某一斜截面上,岩石局部化变形的最终结果是形成局部化剪切带,剪切带是材料变形破坏的征兆。因此开展岩石局部化变形机理的研究在工程应用上是非常有必要的。本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对岩石材料局部化剪切带的启动、发展及最终形成进行了全面的研究,并对巷道围岩的破裂机理进行了简要的阐述。所做的主要工作及成果如下:1.本文首先从理论分析、数值模拟、试验研究三个方面回顾了国内外对局部化剪切带的研究现状,其次对岩石材料应变局部化变形从理论上进行了分析,得出了得出分叉条件只是引起材料应变局部化发生的必要条件。2.基于Mohr-Coulomb理论对岩石材料应变局部化的启动进行了力学分析,推导出了非关联流动平面和关联流动平面两种情况下局部化剪切带的临界硬化模量表达式及剪切带方位角的表达式。3.运用FLAC数值模拟软件模拟了岩石试件在平面应变条件下局部化剪切带的形成过程,得到了端面效应、几何尺寸、单元网格的密度以及材料缺陷都会对剪切带的形成产生影响。4.运用FLAC3D数值模拟软件模拟了圆柱体岩石试件在轴对称压缩条件下局部化剪切带的形成过程,得到了端面效应、高度效应以及围压效应都会对剪切带的形成产生影响。5.通过建立顶板岩层的固支梁和简支梁力学分析模型得到巷道顶板围岩剪切破坏的稳定性条件,对巷道围岩的变形进行了数值模拟研究,得到了巷道围岩在高地应力的作用下局部化剪切带是造成巷道围岩破裂的重要原因。
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