岩石节理面强度弱化机制试验研究

发布时间：2020-07-26 18:23

【摘要】：工程节理岩体在漫长的地质构造作用过程中,不断地受荷载作用反复作用,节理面强度发生弱化现象是比较常见的。本文通过人工浇注水泥砂浆制作不同起伏角试样,在不同法向应力作用下开展了直剪试验、循环加卸载直剪试验;根据剪切试验过程和试验曲线,分析节理剪切应力-剪切位移、法向位移-剪切位移曲线的特性和节理破坏机理。系统研究节理剪切弱化强度和变形的力学特性,量化节理强度弱化参数与剪切位移演化规律。主要研究内容和研究成果如下:(1)基于试验剪切应力-剪切位移曲线,研究节理试样法向应力、起伏角以及摩擦系数模型(τ/σ)与节理强度弱化特征规律。分别对节理剪切弱化阶段的峰值强度和残余强度进行最小二乘法线性和抛物线回归拟合分析,得出其峰值强度和残余强度更适用于Mohr-Coulomb强度准则。在不同加载条件下分析节理破坏形式,结果表明节理剪切破坏模式及峰后弱化阶段发展受起伏角大小和法向应力大小的控制。(2)根据节理剪胀曲线,分析节理剪胀变形和剪胀角在节理峰值后区变化规律。在经验剪胀模型的基础上,对不同起伏角的峰值剪胀角拟合分析建立残余剪胀角模型。(3)在Mohr-Coulumb强度理论公式模型的基础上,考虑了剪切弱化的影响,提出了节理弱化残余强度τ_r与法向应力σ_n有关残余强度公式模型。对节理剪切变形特性曲线进行分析,得出节理强度弱化后其剪切刚度会发生相应的劣化效应。基于Clough等提出的双曲线模型思想,用数学几何方法得出节理强度弱化后其剪切应力-剪切位移关系。(4)针对节理面强度弱化特征,将节理峰值强度弱化至残余强度分解成一系列的脆性跌落与塑性流动的变形过程,模拟节理强度弱化曲线过程,模拟结果与试验有较好的吻合性。
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU45
【图文】：

化阶段的变形过程，为了有明显的应力软化，在选择起伏角上均采用较大角度的试件。为了方便加工厂制模，选取厚度为20mm的钢材通过线切割制成带锯齿型钢模（如图2.2），其尺寸：150 mm×150 mm×10mm，表面起伏角的水平距离均为等长。加工时上下两部分节理试样分开进行浇注和养护。

泥标号32.5R。为了从客观上避免由于材料自身强度和养护条件对实验造成的影响，试样采用同一条件的制作和养护。试样经浇筑成型后24小时拆模，在20℃环境下湿养28天左右（如图2.3、2.4），试件养护后的单轴抗压强度20-30MPa。

图 2.3 节理试件湿养 图 2.4 节理试件在对人工节理试件进行剪切试验之前,对所制作的类岩石进行相关基础试验，定类岩石基本力学参数。准备性阶段试验包括单、三轴试验，主要测定人工的单轴抗压强度、抗拉强度、节理粘结力、内摩擦角、弹性模量和泊松比，基本参数采用《国际岩石力学学会》和《岩石力学试验规程》建议的方法。

【参考文献】

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本文编号：2771130