硬脆性岩石直接拉伸力学试验与计算分析研究

发布时间：2017-10-20 04:22

  本文关键词：硬脆性岩石直接拉伸力学试验与计算分析研究

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【摘要】：近年来,在水电、交通、能源开采与储备、核废物处置等前沿工程领域中,岩土工程得到迅速发展,工程中由张拉应力引起的岩石内部裂纹扩展及其变形破坏问题也越来越多。对坚硬岩体的张拉破坏,应考虑采用拉应变破坏准则进行判断,而岩石轴向直接拉伸试验是测试岩石极限拉应变的唯一方法。由于轴向直接拉伸法试验在岩石试件加工、与试验机的连接以及对中控制偏心等方面存在许多困难,室内试验中关于岩石轴向拉伸试验的研究极少。目前,测试岩石抗拉强度一般采用巴西劈裂试验和弯曲试验等间接试验方法。间接拉伸试验方法中,岩石试件并非出于单纯的拉伸应力状态下,其测试的抗拉强度必然存在误差。同时,间接试验方法无法有效获得拉应力作用下岩石的应力-应变全过程曲线,无法了解岩石极限拉应变和拉伸变形破坏特性。因此研制岩石直接拉伸试验装置,并开展岩石轴向直接拉伸试验研究以确定其变形规律和力学性能具有十分重要的理论意义和工程应用价值。本文的主要研究内容如下：(1)研制了岩石直接拉伸试验定位装置,包括粘接对中装置和拉伸对中装置,分别消除了岩石试件在粘接和受拉过程中的偏心,整套装置可配合万能试验机开展岩石直接拉伸试验,操作简单,装卸方便,可重复利用。(2)使用该套对中装置,首次对孟底沟、大岗山、溪洛渡和锦屏一级等大型水电站坝区的多种硬脆性岩石开展了直接拉伸试验,有效测得其抗拉强度、极限拉应变、拉伸弹模等拉伸力学参数,并获得拉应力-拉应变全过程曲线。(3)对岩石的直接拉伸试验与间接拉伸试验结果进行对比分析,对比结果表明：直接拉伸法测得的岩石抗拉强度小于劈裂法,二者的比值为0.60-0.71。岩石直接拉伸破坏断口的微细观电镜扫描试验结果显示：岩石直接拉伸破坏微观破坏形貌主要有穿晶断裂、晶间断裂。相比于劈裂试验,直接拉伸断口新鲜,没有岩渣堆积,没有剪切或摩擦痕迹。(4)利用RFPA软件进行了岩石直接拉伸试验的数值模拟计算,计算与试验中试样破坏形态一致,拉应力-拉应变全过程曲线比较吻合,抗拉强度与极限拉应变值相差不超过5%。计算结果验证了岩石直接拉伸试验装置的先进性,和试验结果的可靠性。
【关键词】：硬脆性岩石 岩石直接拉伸试验装置 拉伸力学参数 拉应力-拉应变全过程曲线 数值模拟
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45
【目录】：

• 中文摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第一章 绪论14-23
• 1.1 选题背景和研究意义14-15
• 1.1.1 选题背景14
• 1.1.2 研究意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-20
• 1.2.1 关于岩石直接拉伸试验方法方面15-18
• 1.2.2 关于岩石直接拉伸力学特性方面18-20
• 1.3 主要研究内容及思路20-21
• 1.4 创新点21-23
• 第二章 岩石直接拉伸试验装置的研制23-40
• 2.1 装置的研制理念23-24
• 2.2 装置的研制过程24-28
• 2.2.1 套筒粘接对中装置25-26
• 2.2.2 单立柱端部粘接对中装置26-28
• 2.2.3 双立柱端部粘接对中装置28
• 2.3 岩石直接拉伸试验装置的设计28-33
• 2.3.1 装置的设计与构造28-32
• 2.3.2 装置的技术优势32-33
• 2.4 岩石轴向拉伸试验装置的使用方法33-35
• 2.4.1 粘接对中装置的使用方法33-34
• 2.4.2 拉伸对中装置的使用方法34-35
• 2.5 粘接剂的比选35-39
• 2.5.1 比选试验工况35-38
• 2.5.2 比选试验结果38-39
• 2.6 本章小结39-40
• 第三章 水电站坝区硬脆性岩石直接拉伸力学试验及分析40-65
• 3.1 工程概况40-41
• 3.2 试验工况41-44
• 3.3 试验过程44-45
• 3.4 试验结果及分析45-55
• 3.4.1 岩石直接拉伸破坏形态45-49
• 3.4.2 岩石直接拉伸变形特征49-52
• 3.4.3 岩石直接拉伸力学参数52-55
• 3.5 岩石直接拉伸试验与间接拉伸试验的对比55-57
• 3.6 岩石直接拉伸破坏微细观电镜扫描试验57-63
• 3.6.1 岩石直接拉伸微观破坏形貌57-63
• 3.6.2 与劈裂破坏微观形貌的对比63
• 3.7 本章小结63-65
• 第四章 岩石直接拉伸试验的数值模拟及试验结果的验证65-85
• 4.1 试件形状对岩石轴向拉伸试验影响的数值模拟分析65-70
• 4.1.1 计算手段65-67
• 4.1.2 计算工况67-68
• 4.1.3 计算参数与模型68
• 4.1.4 试件形状对岩石轴向拉伸试验的影响分析68-70
• 4.2 试件尺寸对岩石轴向拉伸试验影响的数值模拟分析70-77
• 4.2.1 计算手段70-71
• 4.2.2 计算工况71-72
• 4.2.3 计算参数与模型72-74
• 4.2.4 试件尺寸对岩石轴向拉伸试验的影响分析74-77
• 4.3 胶的厚度对岩石轴向拉伸试验影响的数值模拟分析77-79
• 4.3.1 计算工况77
• 4.3.2 计算参数与模型77-78
• 4.3.3 胶的厚度对岩石轴向拉伸试验的影响分析78-79
• 4.4 岩石直接拉伸试验结果的验证79-84
• 4.4.1 计算工况79-80
• 4.4.2 计算参数与模型80-81
• 4.4.3 直接拉伸试验与数值计算结果对比81-84
• 4.5 本章小结84-85
• 第五章 总结与展望85-87
• 5.1 总结85-86
• 5.2 展望86-87
• 参考文献87-92
• 攻读硕士学位期间发表的论文92-93
• 致谢93-94
• 附件94

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本文编号：1065212