三轴卸荷条件下大理岩力学特性及能量演化规律研究

发布时间：2020-08-15 20:56

【摘要】：随着浅部矿产资源的开采殆尽,国内外矿山相继进入深部开采,在深部开采条件下,巷道、硐室等工程开挖是一个典型的岩体卸荷过程,易诱发岩爆等动力灾害,严重威胁施工人员和设备安全。本文进行了大理岩三轴加、卸荷试验,研究了不同围压、不同卸荷速率条件(应力路径)下大理岩力学特性、能量演化机制、能量非线性演化模型、卸荷破坏强度准则,建立了卸荷本构模型,主要取得下列研究成果:(1)进行了大理岩三轴加、卸荷试验:常规三轴试验中,变形模量先急剧降低、后缓慢减小;泊松比随着偏应力的增加,先大幅度减小、后缓慢增加;宏观上以剪切破坏为主,细观上以沿晶断裂为主;声发射相对集中在加载初始阶段和破坏阶段。三轴卸荷试验中,变形模量随围压的减小先增大,然后大幅度跳动并迅速减小;而泊松比随着围压的卸载急剧增加;宏观上主要以纵向劈裂、剪切破坏等复合破裂为主,细观上沿胶结物破裂为主;声发射特征与常规三轴试验基本一致。(2)研究了大理岩三轴加、卸荷破坏能量演化特征和演化模型:加荷条件下应力峰值点处能量常规三轴大于单轴压缩;初始弹性能比例随轴向应变的增大而增大。三轴卸荷试验中,相同围压、不同卸荷速率下,岩样弹性能、耗散能及耗散能比例随轴向应变的增大而增大;相同卸荷速率、不同围压下,岩石存储的弹性能比例随围压增大而增大;随围压和卸荷速率的增大,卸荷点处岩样耗散的能量越多。三轴加、卸荷试验中,当应力分别达到峰值应力的81.63%和80.55%时,系统进入倍周期分叉区,达到峰值应力的84.75%和83.93%时,系统进入混沌状态。(3)分析了大理岩三轴卸荷破坏的强度准则,建立了卸荷本构模型:用Mogi-Coulomb强度准则对卸轴压、同时卸围压试验结果拟合效果较好;依据该准则得到大理岩破裂面倾角约为66.54°,其理论值与试验结果吻合较好;基于试验结果推导了岩石卸荷本构模型。本文进行了单轴压缩、三轴加卸荷试验,研究了大理岩不同应力路径下的力学特性;从能量角度研究岩石破坏机理,克服了单纯依靠应力-应变关系建立强度准则或以其大小作为破坏判据研究岩石破坏机理的缺陷,给岩石卸荷破坏机理的深入研究提供了一种新思路。岩石卸荷力学特性和演化机制的研究,不仅可以揭示卸荷诱发岩爆的力学机理,而且对深部地下工程有很好的参考和应用价值。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU45
【图文】：

行了纵波波速测试，将波速离散性较大归为一组进行相关试验。图 2.1 岩样密度波速散点图1 Scattering plot of density wave speed of rock s2.76 2.78 2.8 2.82 2.84密度/g*cm-3300032003400360038004000度速m/*s-139 16421524141026625193792744174731841343281153836327 83362307134216729612079777449736859788069238382757214860

图 2.4 MTS815 试验系统Fig. 2.4 MTS815 test system for rock统由加载系统、控制器、测量系统等、作动器、伺服阀、三轴试验系统及孔传感器、测力传感器、引伸计、三轴室种传感器组成；控制部分由反馈控成，其中程序控制包括函数发生器服阀控制等。MTS815 试验系统具有过管理软件设计不同的的试验手段及控制方式。试验机常用的控制方式包置力传感器力控制、轴向引伸计位移的主要技术参数见表 2.1 所示。在常温和高温条件下进行三轴压缩的单轴拉、压、弯、剪及蠕变等测试

美国美特斯工业系统有最大压载荷量程 4600KN三轴围压 140MPa，最大三轴腔温度范围为常温至 200℃内环境箱-129℃～315℃，试件尺寸腔外 50～测试空间高度最大 1262m轴向液压缸活塞冲试验框架整体刚度 1 液压油流量 26.5 升/分钟， 最大岩样尺寸直径 100mm 高 要轴向引伸计，标距 50mm，轴向环向引伸计，+8.0 m

【参考文献】

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本文编号：2794634