辉绿岩剪胀变形规律及强度特征的试验研究

发布时间：2020-04-29 06:54

【摘要】：岩石在单轴压缩和低围压三轴压缩下出现体积膨胀(剪胀)现象是岩石材料所特有的变形规律。围岩破碎带产生的变形主要由破坏后的剪胀变形引起,基于此对破裂后岩石进行试验研究,分析其体积应变即剪胀变形规律等力学性能,得出围岩破裂带的剪胀变形机理,同时巷道开挖过程中对围岩破碎带形成循环加卸载作用,为更好模拟岩石实际受力过程对岩石进行峰后循环加卸载,也能帮助人们认清岩石应力应变特性,为实际工程提供理论指导。通过对辉绿岩进行常规三轴压缩试验和残余强度段循环加卸载试验,利用TAW-2000微机控制岩石三轴测试系统对辉绿岩剪胀特性、变形机理及强度特征进行研究分析。主要得出以下结论:(1)辉绿岩变形特征三轴压缩阶段,孔隙裂隙压密段结束点与线性压密点在同一时刻发生,屈服极限与剪胀起始点在同一时刻发生,从而构建其辉绿岩剪胀变形和应力-应变曲线的对应关系。围压越大压缩所产生的体积应变越小,由此推知围压对岩石的压缩具有抑制作用。剪胀起始点轴向应变随围压增大而增大,反映出围压对剪胀的发生具有延后作用。在残余强度段循环加卸载中,在加载过程中,随着轴向应变的增加体积应变也表现出和岩石峰前压缩相似的变化形式,体积应变先增大后减小即体积先减小后增大,每次加载都经历了先压密再剪胀的过程。峰后循环加卸载过程中卸荷比较围压而言会对试件体积应变产生较大影响。(2)辉绿岩强度特征破坏后岩石即峰值后岩石表现出的对围压变化的敏感性,说明巷道围岩破碎后,支护阻力即使很小也可以较大幅度提高残余强度。不同围压、不同卸荷比造成岩样的残余强度差值呈现不同变化特征,但残余强度差值和循环次数的变化规律均可用统一形式公式拟合。(3)辉绿岩剪胀分析对于地下工程而言,从开挖自由面向围岩深部延伸,剪胀角不是一个常数,而是一个不断演化的数值。在岩样加载过程中,随着变形增大,岩样剪胀角随之急剧增大;在岩样进入峰值强度后,剪胀角增大速率逐渐减小;随着围压升高,曲线趋向平缓,即剪胀角随围压增大的变化趋缓。峰值剪胀角和残余剪胀角均随围压增大而减小,这是由于围压越大破裂结构面间形成的粗糙面相互咬合,剪断需要的力越大,造成凸起尖端越容易被剪断,使得内部破裂岩石向上移动的法相位移分量越小。循环加卸载阶段随着循环次数增加,辉绿岩剪胀角均会降低,表明随循环次数增加,岩石剪胀变形继续发展,但剪胀效应愈发衰减,是由于随着循环次数的增加,岩石越发破碎,剪胀滑移也越来越不明显。综上所述,论文通过三轴压缩试验和残余强度段循环加卸载试验,从定性和定量连个角度分析剪胀效应及强度特征,得出了具有创新性的研究成果,对理论研究、工程设计和实际施工具有一定理论意义和实际价值。
【图文】：

试件,试件尺寸,端面,直径误差

即上下端面的不平整度误差不大于０．０５＿；沿试件高度，直径误差不大逡逑于０．３＿；端面应垂直与轴线，偏差角度不大于０．２５度。试件尺寸如表２－１所示，逡逑试件如图２－１所示。逡逑表２－１试件尺寸逡逑Ｔａｂｌｅ２－１邋Ｓａｍｐｌｅ邋ｓｉｚｅ逡逑编号邋直径／＞（ｍｍ）邋高度及（ｍｍ）邋质量ｍ（ｇ）邋密度／＾（ｇ／ｃｍ３）逡逑３逦４９．２逦１００．２逦５４５．７逦２．８６６逡逑４逦４９．０逦９８．６逦５３８．０逦２．８９５逡逑５逦４８．８逦９９．７逦５４３．３逦２．９１５逡逑７逦４９．０逦９９．４逦５４３．０逦２．８９８逡逑９逦４９．０逦９９．４逦５４２．０逦２．８９３逡逑１１逦４９．０逦９９．３逦５４２．０逦２．８９６逡逑１３逦４９．０逦９９．４逦５４２．０逦２．８９３逡逑１５逦４９．０逦９９．７逦５４４．０逦２．８

微机控制,三轴,岩石,测试系统

２．３试验设备介绍逡逑２．３．１试验设备概述逡逑本次试验采用ＴＡＷ－２０００微机控制岩石三轴测试系统，如图２－２、图２－３所示。逡逑此系统是岩石力学领域研宄岩石和混凝土在多种环境下的物理特性的先进试验设逡逑备。该机可以自动完成岩石和混凝土的单轴及三轴压缩试验、三轴孔隙水压试验、逡逑高、低温环境下的三轴试验等多种形式和功能试验。ＴＡＷ－２０００微机控制岩石三轴逡逑测试系统的控制系统是由德国ＤＯＬＩ公司生产的ＥＤＣ全数字伺服测控器。采用此逡逑控制器是因为其设置了多个测量通道，在实验中可以对其中任意一通道进行闭环逡逑控制，还可以对控制通道进行无冲击转换。采用此种控制器操作十分便捷，容错能逡逑力强、测量精准、保护系统完善、控制精度高。采用此控制器可以独立进行工作，逡逑也可以由计算机进行控制进行工作。逡逑本系统的主机加载框架采用优质合金钢锻造的门框式结构，这种结构具有非逡逑常高的刚度（＞ｌ0ＧＮ／ｍ）。本机可以完成多种形式的长时间试验，在试验中可以进逡逑行试验力控制（流变试验）、变形控制（松弛试验）、位移控制。本机的加载系统采逡逑用电液伺服系统，，这套加载系统用于常规单轴和三轴的各种试验，这种加载方式的逡逑特点是，系统响应速度快，调整迅速，可以很好的控制单轴和三轴试验中岩石破坏逡逑峰后的全过程试验
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU45

【参考文献】