酸性环境干湿交替作用下泥质砂岩宏细观损伤特性研究

发布时间：2019-03-21 12:06

【摘要】：存在于岩体中的水对岩体具有力学的、物理的和化学的各方面作用，水-岩之间的相互作用问题是边坡、危岩、坝基、文物保护等众多与水相关的岩石工程的最基础性研究课题之一，具有十分重要的科学意义。随着我国对水利水电资源的大力开发，水库蓄建，库区地质环境和水文条件将会发生前所未有的改变。库岸边坡岩土体在干湿循环及酸性环境作用下发生强度劣化，当劣化发展到一定程度的时候就可能会引起岸坡失稳。针对上述问题，本文在总结前人研究成果的基础上，依托教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目“干湿循环作用下岩石劣化宏细观损伤机理研究”专题开展研究。主要研究工作及获得的有益成果如下： 1）开展了不同干湿循环次数及酸性溶液侵蚀条件下泥质砂岩的吸水性试验、单轴及三轴压缩试验、抗拉试验，分析了干湿循环及酸溶液浸泡作用对泥质砂岩微细观结构的影响效应，，探讨了泥质砂岩的水-岩损伤机理。在此基础上，分析了干湿循环及酸溶液作用对泥质砂岩单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力与内摩擦角的影响规律，同时通过引入干湿循环作用岩石参数劣化函数，定量表达了泥质砂岩力学强度参数随酸性及中性环境干湿循环次数损伤的变化规律。 2）在试验研究的基础上，根据弹塑性力学的相关理论，建立考虑岩石应变软化的线弹性-Duncan双曲线-塑性软化-残余理想塑性四段式模型，并分段建立本构方程。运用连续损伤力学和统计理论，Weibull分布的前提下，建立了分别基于M-C、D-P及H-B强度准则作为岩石材料微元强度度量的泥质砂岩损伤统计本构模型，与试验结果进行验证，吻合效果较好。 3）根据干湿循环试验结果，假设岩石微元强度是服从Weibull分布的，利用连续损伤理论、统计方法和Lemaitre应变等效假说，基于D-P强度准则和虎克定律，分别建立了酸性及中性环境条件下干湿循环过程下的岩石损伤统计本构模型。结果表明：计算得到的理论曲线与试验结果情况吻合较好。 4）通过电镜扫描以及能谱分析对岩石微观形貌、矿物成分等进行研究，分析了酸性及中性环境干湿循环作用对泥质砂岩的力学特性影响机理，结果表明在水物理化学溶液干湿循环作用下，泥质砂岩的矿物成分及微观的形貌结构会发生改变。通过引入颗粒流数值模拟软件，对泥质砂岩的微细观破坏进行模拟分析。探讨了酸性环境干湿循环作用下的泥质砂岩细观参数变化规律，分析了细观参数与干湿循环次数的关系，并定义了干湿循环细观参数劣化表达式，用于定量描述干湿循环作用对泥质砂岩细观参数的影响程度。 5）通过细观模型的计算分析表明，峰值应力状态下同围压下的颗粒接触网络与颗粒力链的分布形态相似，但力链的粗细及分布有差异，颗粒之间粘结的断裂数量随干湿循环次数的增加而增大。同时裂纹也有相同的趋势。在酸性条件下，颗粒接触网络断裂的数量要远远大于中性条件下，同时试样内部剪切型裂纹大幅度增加。对颗粒细观损伤进行分析，建立了以细观模量为基础的泥质砂岩细观损伤模型。在试验研究的基础上，对泥质砂岩的细观劣化过程进行了分析，探讨了泥质砂岩干湿循环作用下的细观损伤机理，为泥质砂岩在酸性环境干湿循环作用下宏观破坏提供理论基础。
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【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU45

【参考文献】

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本文编号：2444917