温度周期变化作用下大理岩宏细观力学变形试验研究

发布时间：2020-07-21 09:04

【摘要】：周期温度应力作用使岩石发生灾害是个极为复杂且具有重大经济意义的课题,如何才能做到经济有效地在这类岩石中建设工程并维持其稳定性,一直是困扰着广大岩石力学和工程地质工作者的一个难题。当岩体受到温度应力作用引起损伤,岩石的抗压强度发生显著的变化,严重影响着工程的稳定性。本文以大理岩为研究对象,通过不同加温温度和加温周期后的大理岩单轴压缩试验,得到了不同周期温度下大理岩全应力—应变曲线、应用断裂力学理论分析岩石试样内部微裂隙的扩展模式;运用岩石力学、损伤力学理论对试验结果进行了分析,建立本构方程;最后通过对试样断口扫描图像的细观研究,分析试样损伤度;得到了以下一些结论: (1) 通过对周期温度应力作用后大理岩的单轴压缩试验,得到了大理岩抗压强度、弹性模量和峰值应变等随加温温度和加温周期变化的关系。加温温度越高,加温周期越多,大理岩抗压强度、弹性模量越低;加温温度越高,峰值应变越大。 (2) 运用断裂力学理论,分析了在温度应力作用后,岩石试样内部微裂隙的扩展规律。在经历一次加温降温过程时,初始微裂隙会发生扩展,同时由于岩石内部晶体和连接物之间的热膨胀系数不同,会产生新的微裂隙;在多次加同等温度时,岩石内部已经扩展完成的微裂隙不再扩展,但是在此过程中会产生新产生的微裂隙,会扩展,或与原有的微裂隙汇合,加大岩石损伤。 (3) 利用弹性模量比商法,定义岩石损伤,认为由于温度应力使岩石试样内部微裂隙大量扩展,单轴抗压的损伤弱化阶段不可忽略,寻找单轴压缩过程中微裂隙正好完全闭合点,在前人基础上建立大理岩在周期温度应力作用后的单轴压缩损伤本构方程。 (4) 对试样断口图像进行分析处理,得出断口图像中微裂隙面积以及在整个图片中所占面积比例,验证加温温度和加温次数对岩石损伤特性的影响。
【学位授予单位】：河海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TU458
【图文】：

伺服试验机,垫块,夹持,多功能

l一底板安装座2一定位块3一安装底座4一承力座5一下垫块6一传感器固定板7一横向位移传感器8一试样9一横向位移传感器图2.1MRT一150B10一轴向位移传感器夹持架n一轴向位移传感器12一_l几垫块多功能全自动刚性岩石伺服试验机2.1.3试验方案(1)对岩样进行加温实验:结合实验研究目的，每一类按温度级别分4组(100℃、300℃、450℃、600℃)，每一温度级别下按高温循环次数分3种(l次循环，10次循环，20次循环)，每种3个岩样，共36个岩样。加100℃时采用DGG一907OB型电热恒温鼓风干燥箱，加其它温度时采用SXZ一4一10箱式电阻炉。加温方法及过程如图2.2所示，试样编号见表2.1:选取每组试样】动}放入加温炉设设定温度值值升升温过程程

曲线,大理岩,抗压

通过以_七各组不同温度下大理岩的单轴压缩曲线不难发现，大理岩的应力一应变程曲线宏观上具有下述4个区段:()l压密阶段，曲线稍微向上弯曲，此阶段是山于裂隙的闭合造成的;(2)弹性阶段，轴向和侧向应力一应变关系是线形，形状很接近线;(3)塑性变形阶段，岩石应力一应变关系偏离直线，呈现非线形变形，曲线向「直到最大值，应力一应变曲线的斜率随着应力的增加而逐渐降低到零;(4)破坏阶段，时的荷载己达到峰值强度，岩石破坏，破坏后的岩石仍具有一定的承载能力，口一￡的斜率为负值。另外由于不同温度的作用，曲线也体现了显著的不同之处，从每种温度下选出具性的曲线，做出比较，见图.28。()l整体的应力应变曲线形状几乎一致，特别是前，都经历了压密阶段、弹性阶段和塑性阶段，即总的变化趋势是相同的;但随着升高压密段越来越长，曲线越来越缓;(2)当温度升高时一，直线段的斜率降低，直明了弹性模量，随着温度的增大而降低;(3)温度超过450℃以后，峰值强度明显减说明温度对强度的影响很大;(4)峰值应变、最终应变都随着温度的升高呈现出增大，究其原因是大理岩试样脆性减弱而延性增强。

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加温10次450℃后的大理岩压缩试验

【共引文献】