巖石細觀損傷力學基礎

目錄
序
前言
第1章 緒論1
1.1 問題的提出2
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀4
1.2.1 基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的巖石細觀量化試驗研究4
1.2.2 大理巖細觀結(jié)構(gòu)損傷與量化統(tǒng)計分析研究5
1.2.3 紅砂巖細觀損傷演化特性及其本構(gòu)模型試驗研究6
1.2.4 巖石溫度效應研究進展及現(xiàn)狀8
1.2.5 基于擴展有限元法的巖石三維裂紋擴展研究9
參考文獻11
第2章 基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的巖石細觀量化試驗研究16
2.1 數(shù)字圖像處理技術(shù)在巖土工程中的應用16
2.2 圖像預處理17
2.2.1 圖像數(shù)字化17
2.2.2 圖像增強18
2.2.3 圖像分割19
2.3 區(qū)域生長算法20
2.3.1 形態(tài)學的處理20
2.3.2 區(qū)域生長的基本公式22
2.3.3 區(qū)域生長23
2.3.4 區(qū)域生長程序24
2.3.5 提取微裂隙二維信息26
2.4 MATLAB程序提取微裂紋信息29
2.4.1 平臺簡介及優(yōu)點29
2.4.2 自研軟件介紹29
參考文獻33
第3章 大理巖細觀結(jié)構(gòu)損傷與量化統(tǒng)計分析36
3.1 研究背景36
3.2 試樣采集及性質(zhì)36
3.3 大理巖單軸壓縮細觀損傷SEM試驗研究38
3.3.1 試驗目的38
3.3.2 動態(tài)在位試驗的試樣制備38
3.3.3 基于SEM的在位觀測試驗儀器設備39
3.3.4 數(shù)據(jù)采集40
3.3.5 試驗結(jié)果分析43
3.4 大理巖細觀損傷力學試驗數(shù)據(jù)的數(shù)字化統(tǒng)計分析50
3.4.1 微裂紋方位角50
3.4.2 微裂紋長度55
3.4.3 微裂紋總面積59
3.4.4 微裂紋間距61
3.4.5 微裂紋長寬比62
3.5 基于Monte Carlo理論的大理巖細觀結(jié)構(gòu)損傷過程模擬62
3.5.1 Monte Carlo模擬理論63
3.5.2 大理巖細觀結(jié)構(gòu)損傷過程模擬63
參考文獻69
第4章 大理巖細觀損傷本構(gòu)模型70
4.1 細觀損傷本構(gòu)理論70
4.2 基于SEM試驗的大理巖細觀損傷本構(gòu)模型原理72
4.2.1 基本假定72
4.2.2 大理巖細觀尺度微結(jié)構(gòu)的簡化模型73
4.3 基于SEM試驗的大理巖細觀損傷本構(gòu)模型74
4.3.1 微裂紋描述74
4.3.2 大理巖細觀損傷本構(gòu)模型推導75
4.4 修正寬長比78
參考文獻86
第5章 基于不同含水率紅砂巖的細觀損傷演化研究87
5.1 試驗簡介87
5.1.1 試樣制備87
5.1.2 試驗儀器88
5.1.3 紅砂巖單軸壓縮細觀損傷試驗89
5.2 試驗研究及機理分析90
5.2.1 水對紅砂巖宏觀力學特性的影響90
5.2.2 水對紅砂巖細觀結(jié)構(gòu)變化的影響93
5.3 水-巖物理化學作用的微觀分析97
5.4 試驗圖像信息及數(shù)據(jù)提取98
5.4.1 程序概述98
5.4.2 圖像前處理99
5.4.3 圖像后處理100
5.4.4 細觀結(jié)構(gòu)信息量化101
5.5 微裂紋損傷演化規(guī)律分析111
5.5.1 微裂紋損傷演化與宏觀力學響應的關系111
5.5.2 損傷破壞臨界值和裂紋擴展模式分析113
5.5.3 初始損傷和損傷局部化研究115
5.6 紅砂巖本構(gòu)模型探討118
5.6.1 損傷變量的定義118
5.6.2 紅砂巖峰值應變前損傷本構(gòu)方程119
5.6.3 紅砂巖峰值應變后損傷本構(gòu)方程120
5.7 本構(gòu)模型的驗證123
5.7.1 概述123
5.7.2 本構(gòu)模型的驗證與分析127
參考文獻130
第6章 大理巖高溫細觀試驗及本構(gòu)研究132
6.1 大理巖斷口細觀結(jié)構(gòu)SEM試驗研究132
6.1.1 試樣巖性特征132
6.1.2 試驗設備133
6.1.3 微觀結(jié)構(gòu)和斷裂分析133
6.2 巖石熱開裂機理138
6.3 試驗圖像信息及數(shù)據(jù)提取140
6.3.1 圖像識別程序簡介140
6.3.2 微裂紋圖像信息提取141
6.4 二維裂隙網(wǎng)絡模擬142
6.4.1 Monte Carlo模擬的基本原理143
6.4.2 各溫度巖石斷口微裂紋網(wǎng)絡模擬143
6.5 高溫下巖石損傷演化分形特征分析145
6.5.1 分形理論基本概念145
6.5.2 裂隙網(wǎng)絡損傷分形維數(shù)測定方法145
6.5.3 分形維數(shù)計算過程147
6.5.4 分形維數(shù)的估測148
6.5.5 分形維數(shù)與損傷變量150
參考文獻154
第7章 巖石細觀損傷仿真模擬155
7.1 有限元軟件簡介155
7.2 參數(shù)分析159
7.2.1 單軸拉伸數(shù)值試驗160
7.2.2 三軸壓縮數(shù)值試驗161
7.3 大理巖單軸壓縮細觀損傷試驗的數(shù)值模擬162
7.3.1 數(shù)值試驗模型162
7.3.2 試驗結(jié)果及分析163
7.4 巖石三維裂紋擴展過程再現(xiàn)仿真研究166
7.4.1 基于ABAQUS的擴展有限元法166
7.4.2 擴展有限元法對單裂紋單軸壓縮擴展過程的研究169
7.4.3 擴展有限元法對單裂紋雙軸壓縮擴展過程的研究172
7.4.4 擴展有限元法對二維多裂紋單軸壓縮擴展過程的研究176
7.4.5 三維含表面裂隙試樣裂紋擴展研究193
7.4.6 三維含深埋裂隙試樣裂紋擴展研究207
參考文獻217