基于DIP-FFT数值方法的花岗岩多尺度力学特性研究

摘要：

为研究花岗岩的细观力学特性及其结构特征对宏观力学性质的影响,先利用X射线衍射和偏光显微镜获得花岗岩各矿物成分及比例和表面形貌,然后通过纳米压痕试验定性分析各相矿物的力学特性,并计算花岗岩的细观力学参数;最后,为了克服传统均匀化解析法求解等效参数时无法考虑细观结构的形状、大小和分布等特征的问题,将数字图像处理(DIP)技术和快速傅里叶变换法(FFT)有机结合,提出一种能直接利用岩石图像构建数值模型的DIP-FFT数值方法,基于真实细观结构计算等效弹性模量和泊松比,并与均匀化解析解和三轴压缩试验测定的宏观弹性模量和泊松比进行对比.研究结果表明:各相矿物在细观尺度上具有明显的异质性,石英强度高,力学性质稳定,长石次之,云母软弱变形大且内部存在孔隙结构;花岗岩的宏观弹性模量随围压的增加呈增大趋势并逐渐趋于稳定;DIP-FFT数值方法合理考虑了岩石细观结构特征的影响,建立了花岗岩宏细观力学参数的联系,其预测的等效弹性模量和泊松比与中围压下的测试结果吻合.该研究成果将为从微细观尺度确定岩石宏观力学性质提供一种更合理高效的方法,对于评价复杂工程环境下围岩的力学性质有着重要的工程实践意义.

关键词：岩石力学、花岗岩、纳米压痕试验、均匀化方法、数字图像处理、快速傅里叶变换法、细观力学

所属期刊栏目：41

分类号：TU45(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金;中国矿业大学北京煤炭资源与安全开采国家重点实验室-北京高等学校卓越青年科学家计划项目;中央高校基本科研业务费专项资金资助项目

在线出版日期：2023-02-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共14页

页码：2254-2267