巖石損傷破壞的臨界識(shí)別與強(qiáng)度變化規(guī)律研究.pdf

1、巖石細(xì)觀損傷的研究是近年來(lái)巖石力學(xué)領(lǐng)域中的熱點(diǎn)課題。論文主要研究巖石損傷破壞的臨界識(shí)別問(wèn)題，以巖石的細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征為切入點(diǎn)，以損傷力學(xué)為理論基礎(chǔ)，以CT實(shí)驗(yàn)為研究手段，使用CT圖像處理技術(shù)、損傷理論分析、分形理論分析和改進(jìn)的裂紋應(yīng)變模型計(jì)算法，對(duì)巖石損傷破壞臨界狀態(tài)的信息及強(qiáng)度變化規(guī)律進(jìn)行研究。
　　（1）進(jìn)行了砂巖的CT掃描實(shí)驗(yàn)，得到多組掃描層的CT圖像。CT圖像可以反映出巖石的細(xì)觀結(jié)構(gòu)和內(nèi)部微裂隙變化情況。砂巖在外界不斷加載的過(guò)

2、程中其內(nèi)部微裂隙閉合、萌生和擴(kuò)展，首先在砂巖內(nèi)部最薄弱處微裂隙發(fā)生貫通，然后應(yīng)力重新分配導(dǎo)致次薄弱位置處破壞，直到巖石整體出現(xiàn)宏觀破壞。巖石微裂隙發(fā)展的局部化現(xiàn)象和損傷累積效應(yīng)的存在導(dǎo)致了巖石損傷破壞臨界狀態(tài)之后的損傷速率加速增長(zhǎng)。
　?。?）MATLAB軟件的數(shù)字圖像處理功能實(shí)現(xiàn)了CT圖像的處理。偽彩色增強(qiáng)提高了圖像的分辨率，減少了視覺(jué)上的辨別誤差，便于辨別出初始損傷和貫通裂紋的位置；使用Canny邊緣檢測(cè)算子對(duì)CT圖像進(jìn)行邊緣

3、檢測(cè)，獲得砂巖細(xì)觀結(jié)構(gòu)的二值圖像，其能將砂巖材料與微裂隙區(qū)分開顯示，準(zhǔn)確顯示出微裂隙的空間位置；基于CT圖像上灰度級(jí)的頻數(shù)，獲得砂巖的CT數(shù)直方圖，砂巖損傷演化引起直方圖中灰度級(jí)頻數(shù)的變化，直方圖中峰形形狀的尖銳、平緩表示損傷程度的大小。
　?。?）利用分形理論研究砂巖細(xì)觀結(jié)構(gòu)特性，結(jié)合CT圖像上灰度值的變化規(guī)律，定量分析了砂巖損傷破壞的臨界信息。加載過(guò)程中巖石內(nèi)部密度發(fā)生變化，這導(dǎo)致CT圖像上灰度的變化。CT圖像中某一位置線上灰

4、度值的變化曲線是一種起伏、粗糙的曲線，利用描述粗糙曲線的粗糙度Rd指標(biāo)定量分析砂巖損傷演化規(guī)律。結(jié)果表明荷載水平在0.8左右時(shí)，Rd值波動(dòng)大，損傷變量加速增大，這表明損傷進(jìn)入了加速發(fā)展階段，此時(shí)巖石處于損傷破壞的臨界狀態(tài)，從而合理預(yù)測(cè)巖石的損傷破壞。
　?。?）改進(jìn)裂紋應(yīng)變模型計(jì)算法，完善砂巖起裂強(qiáng)度和損傷強(qiáng)度的確定方法，進(jìn)而研究砂巖損傷破壞過(guò)程中強(qiáng)度變化規(guī)律。裂紋應(yīng)變模型計(jì)算法可以較為方便和準(zhǔn)確地確定砂巖斷裂前的強(qiáng)度特征，裂紋體