动循环荷载作用下砂岩能量特性研究

发布时间：2020-11-03 19:10

　　 在实际工程中,岩土工程的主体与基础经常会遭遇循环荷载作用,而岩石变形破坏过程中的本质是能量积聚与耗散,因此从能量角度研究岩石在循环荷载作用下的性能具有重要的意义。本文利用WDT-1500多功能材料试验机,进行砂岩试样在不同应力幅值、不同围压、不同加载频率、不同尺寸与不同应变速率条件下的循环荷载试验,并对试验结果进行研究分析,得出的主要结论如下:(1)通过对砂岩试样在不同应力幅值下的循环荷载试验进行研究,分析加、卸载过程中砂岩能量演化的规律。结果表明,随着循环次数的增加,总能量与弹性能不断增加,而耗散能却逐渐减小。此外,当应力幅值由15MPa增加到55MPa时,岩样破坏时能量、弹性能、耗散能的增幅分别为234.47%、216.23%、99.04%。(2)分别分析了围压和加载频率对砂岩变形破坏过程中能量特性的影响。结果表明,围压的增大,提高了砂岩试样能量积聚与耗散的能力,使能量、耗散能、弹性能的极限值随之增加,并且试样的累积总能量、累积弹性能、累积耗散能均随之增加。频率的增大使试样破坏前累积总能量增加,当频率为0.5Hz、1.0Hz、2.0Hz和4.0Hz时,试样达到破坏时累积总能量相继增加了293.80%、53.38%、170.89%。(3)基于不同应变速率与不同尺寸下的砂岩循环荷载试验,对岩样吸收的能量、耗散能进行计算与分析。在循环加载过程中,砂岩试样的能量、耗散能与高径比呈负相关,与应变速率呈正相关。此外,砂岩试样的累积总能量、累积耗散能随累积残余应变的增大而增加。(4)根据砂岩循环破坏过程中耗散能与循环次数的演化规律,从熵守恒与能量守恒定律出发建立了耗散能模型,利用Origin软件进行非线性拟合,将试验数据与拟合结果进行对比分析,验证了耗散能模型的准确性。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU45
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 岩体研究的发展与现状
        1.2.1 岩石在循环荷载作用下的力学特性研究
        1.2.2 岩石在循环荷载作用下的能量特征研究
        1.2.3 岩石在循环荷载作用下的疲劳特性研究
    1.3 本文研究的主要内容与技术路线
        1.3.1 主要内容
        1.3.2 技术路线
2 试验设计
    2.1 试样制备
    2.2 试样系统
        2.2.1 概述
        2.2.2 试验机的主要技术指标
        2.2.3 试验机数据的测量与处理
    2.3 试验方案
    2.4 本章小结
3 不同应力幅值下砂岩能量特性研究
    3.1 砂岩总能量特性
        3.1.1 能量与循环次数特性分析
        3.1.2 能量与残余应变特性分析
    3.2 砂岩耗散能特性
        3.2.1 耗散能与循环次数特性分析
        3.2.2 耗散能与残余应变特性分析
    3.3 砂岩弹性能特性
        3.3.1 弹性能与循环次数特性分析
        3.3.2 弹性能与残余应变特性分析
    3.4 砂岩累积总能量特性
        3.4.1 累积总能量与循环次数特性分析
        3.4.2 累积总能量与累积残余应变特性分析
    3.5 砂岩累积耗散能特性
        3.5.1 累积耗散能与循环次数特性分析
        3.5.2 累积耗散能与累积残余应变特性分析
    3.6 砂岩累积弹性能特性
        3.6.1 累积弹性能与循环次数特性
        3.6.2 累积弹性能与累积残余应变特性分析
    3.7 本章小结
4 不同围压下砂岩能量特性研究
    4.1 砂岩能量特性
    4.2 砂岩耗散能特性
    4.3 砂岩弹性能特性
    4.4 不同围压下砂岩累积总能量特性
        4.4.1 累积总能量与循环次数特性分析
        4.4.2 累积总能量与累积残余应变特性分析
    4.5 砂岩累积耗散能特性
        4.5.1 累积耗散能与循环次数特性分析
        4.5.2 累积耗散能与累积残余应变特性分析
    4.6 砂岩累积弹性能特性
        4.6.1 累积弹性能与循环次数特性分析
        4.6.2 累积弹性能与累积残余应变特性分析
    4.7 本章小结
5 不同频率下砂岩能量特性研究
    5.1 砂岩能量特性
        5.1.1 能量与循环次数特性分析
        5.1.2 耗散能与循环次数特性分析
    5.2 砂岩累积总能量特性
        5.2.1 累积总能量与循环次数特性分析
        5.2.2 累积总能量与累积残余应变特性分析
    5.3 砂岩累积耗散能特性
        5.3.1 累积耗散能与循环次数特性分析
        5.3.2 累积耗散能与累积残余应变特性分析
    5.4 本章小结
6 不同尺寸效应与应变速率下砂岩能量特性研究
    6.1 不同尺寸效应下砂岩能量特性
        6.1.1 能量特性分析
        6.1.2 耗散能特性分析
        6.1.3 累积总能量特性分析
        6.1.4 累积耗散能特性分析
    6.2 不同应变速率下砂岩能量特性
        6.2.1 能量特性分析
        6.2.2 砂岩耗散能特性分析
        6.2.3 累积总能量特性分析
        6.2.4 累积耗散能特性分析
    6.3 本章小结
7 循环荷载作用下砂岩耗散能模型的建立
    7.1 循环荷载下耗散能模型
    7.2 耗散能理论在预测砂岩疲劳寿命中的运用
    7.3 本章小结
8 结论与展望
    8.1 结论
    8.2 展望
致谢
参考文献

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本文编号：2868986