项目名称: 高应力硬岩卸荷非连续变形破坏机理与模拟方法研究

项目编号: No.41272349

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 天文学、地球科学

项目作者: 潘鹏志

作者单位: 中国科学院武汉岩土力学研究所

项目金额: 74万元

中文摘要: 以我国大型岩石工程中的深埋硬岩为研究对象,采用实验研究、理论分析、数值模拟相结合的综合手段,通过一系列不同应力路径下硬岩双轴和三轴加卸载破裂全过程试验、巴西圆盘试验、声发射试验和数字图像相关试验等,调查硬岩在不同应力路径下从完整岩石到微裂纹萌生、扩展、贯通、闭合、张开、滑移等过程的连续-非连续变形演化规律,综合运用弹塑性力学、断裂力学、损伤力学、智能科学、矩张量、细胞自动机和数字图像技术等,揭示深部高应力状态/路径变化和卸荷速率下硬岩非连续变形破坏机理;研究考虑复杂应力状态/路径变化和卸荷速率效应的硬岩模型结构与参数耦合识别方法,建立新型硬岩卸荷起裂准则和力学模型;提出基于细胞自动机的硬岩卸荷三维非连续变形数值分析方法,开发相应的模拟系统,为高应力条件下硬岩卸荷破裂机理和工程稳定性研究提供分析工具。

中文关键词: 加卸荷;起裂;非线性变形;高应力;细胞自动机

英文摘要: With an integration of experimental, theoretical and numerical methods, the fracturing process of deep seated hard rock under unloading conditions in large scale engineering in China is studied. A series of biaxial and triaxial loading and unloading experiments of hard rock, Brazilian tests, acoustic emission experiments and digital image correlation experiments etc. are conducted. The non-linear evolution of initiation, propagation, coalescence, close, open and slide of crack is investigated. Based on elasto-plastic theory, fracture mechanics, damage mechanics, intelligent science, moment tensor, cellular automaton and digital image technique etc, the fracturing mechanism of hard rock under different stress states and different stress paths is disclosed. The cracking criterion and constitutive model of hard rock under unloading are developed based on the model structure and parameter coupled reconization method. A 3D discontinuous cellular automaton numerical model and the associated numerical code are developed to simulate the fracturing process of hard rock under complex stress conditions. The developed model and code can provide a tool to study the fracturing behaviour and engineering stability of hard rock under high geo-stress.

英文关键词: loading and unloading;crack initiation;nonlinear deformation;high stress;cellular automaton

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