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基于细观结构表征的岩石破裂热-力耦合模型及应用
  • ISSN号:1000-6915
  • 期刊名称:岩石力学与工程学报
  • 时间:0
  • 页码:42-51
  • 分类:TU45[建筑科学—岩土工程;建筑科学—土工工程]
  • 作者机构:[1]东北大学岩石破裂与失稳研究中心,辽宁沈阳110819, [2]中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州221008, [3]大连理工大学土木水利学院,辽宁大连116024
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(50904013);中央高校基本科研业务费资助(N100401003);中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室开放基金项目(SKLGDUEK0905)
  • 相关项目:基于结构面数字摄影测量技术的裂隙岩体工程参数表征
中文摘要:

岩石热破裂的研究只有考虑各种矿物组分造成的岩石的非均匀性,才能更客观地反映岩石热破裂的本质。利用数字图像处理技术数字化表征岩石内部矿物颗粒的几何形态,充分考虑岩石真实的细观结构,结合细观损伤力学和热弹性理论,建立能更客观的分析岩石热-力耦合作用下破裂过程的数值模型。以花岗岩为例,运用数值模型研究花岗岩在温度和压缩荷载共同作用下的力学行为和破裂过程。研究结果表明,温度对岩石的力学性质和破裂演化过程影响显著,热破裂裂纹多发生在矿物颗粒边界处,并沿颗粒边界扩展,局部会形成闭合多边形,其热破裂演化过程与试验结果基本相符,从而验证了数值模型的合理性和有效性,该数值模型为细观尺度定量研究岩石热破裂提供一种新的方法。

英文摘要:

The heterogeneity of rock contributed by the geometry and properties of mineral constituent should be taken into account in the study of rock thermal cracking, which aids to understand the thermal cracking mechanism more objectively. This paper presents a coupled thermal-mechanical numerical model for rock failure based on meso-structure characterization. The model, based on thermoelastic theory and microscopic damage mechanics, employs digital image processing technologies to identify mineral grains and characterize their geometries in order to consider the effect of real meso-structure of rock. Taking granite for example, mechanical behaviors and fracturing process of granite under combined thermal and compressive loading condition are investigated. The results show that the temperature has a great influence on rock properties and damage evolution. The initiations of the cracks induced by thermal stress locate at the boundaries between minerals; and then the cracks propagate along the boundaries. Local cracks may be closed to form a polygon. The simulated results are in agreement with the experimental results, which validates the model. It provides a new tool to study the mechanism of rock thermal fracturing at meso-scale level.

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期刊信息
  • 《岩石力学与工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国岩石力学与工程学会
  • 主编:冯夏庭
  • 地址:武汉市武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所
  • 邮编:430071
  • 邮箱:rock@whrsm.ac.cn
  • 电话:027-87199250
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6915
  • 国内统一刊号:ISSN:42-1397/O3
  • 邮发代号:38-315
  • 获奖情况:
  • 全国中文核心期刊,中国科协优秀期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:75823