低温作用下弱胶结软岩加卸载力学特性及其微观破坏机制研究
发布时间：2021-06-10 16:29
冻结岩石力学问题是人工冻结地层、寒区隧道工程以及其他寒区基础设施建设或深部资源开发中不可避免的问题。我国西部矿区弱胶结地层以砂岩和泥岩等为主,这类软岩的主要特点是强度低、胶结程度差,力学行为极不稳定。人工冻结地层施工在穿越弱胶结地层时,其开挖面变形和稳定性取决于冻结岩石的力学性质。故本文以西部典型矿区弱胶结砂岩和泥岩为研究对象,采用试验、理论及数值模拟相结合的研究手段,对不同温度下弱胶结软岩加载破坏力学特性与微观破坏机制、低温与荷载耦合损伤本构模型、不同应力路径冻结弱胶结软岩卸围破坏力学特性与微观破坏机制、卸荷损伤破坏准则及卸荷本构模型、冻结温度场及应力场等方面开展研究,主要研究成果如下:（l）通过不同温度下的弱胶结软岩单轴和常规三轴压缩试验,分析了低温作用下弱胶结砂岩和泥岩的加载破坏变形特性、强度特征,建立了抗压强度与温度、围压之间的关系。结果表明随着温度的降低,弱胶结软岩塑性降低、脆性增强,其峰值强度与温度变化呈指数函数关系,而抗剪强度参数与温度近似呈线性关系。（2）温度和围压对弱胶结软岩的宏观破坏特征和微观破裂机制影响显著,随着温度的降低和围压的增大使得岩石试件的破坏形式经历了从...
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：189 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
论文研究流程
图２．１试验岩样??Ｆｉｇ．２．１?Ｔｅｓｔ?ｒｏｃｋ?ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ??２．２?弱胶结软岩组构特征（Ｆａｂｒｉｃ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ?ｏｆ?ｗｅｓｏｆｔ?ｒｏｃｋ）??２．２．１弱胶结软岩矿物成分??
吸水能力较强，使得岩体有较强的软化性和膨胀性；而高岭石和伊利石吸水膨胀性较??弱。为了研宄弱胶结软岩的水理及物理性质，釆用ＸＲＤ矿石物相分析仪对弱胶结泥??岩和砂岩试样进行Ｘ射线衍射矿物成分分析，所得结果如图２．２所示。??５００??Ｃ??Ｑ：石英??４００?？?Ｋ：高岭石??Ｉ：伊利石??云?Ｉ／Ｓ：伊蒙混层??１?３００?－?Ｆ：长石??２?Ｄ：绿泥石??右?０：其他??｜?２００?－??１００?－?（－??１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０??Ｔｗｏ－Ｔｈｅｔａ?（ｄｅｇ）??（ａ）
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同围压与冻结温度下白垩系红砂岩力学性质试验研究[J]. 刘波,马永君,盛海龙,邓和浪,韩茜,曹英杰. 岩石力学与工程学报. 2019(03)
[2]基于FLAC3D冻结壁温度场数值分析[J]. 王鹏,林斌,侯海杰,龙依. 煤炭技术. 2018(11)
[3]饱水冻结花岗岩动态力学性状的应变率效应[J]. 王建国,雷振,杨阳,李祥龙,郭延辉. 地下空间与工程学报. 2018(05)
[4]含孔多裂隙岩石力学特性与破裂分形维数相关性研究[J]. 张科,刘享华,李昆,吴文远. 岩石力学与工程学报. 2018(12)
[5]某矿副井冻结壁温度场发展规律研究[J]. 王鹏,林斌,侯海杰,龙依. 煤矿安全. 2018(08)
[6]SHPB试验中高低温作用后深部砂岩破碎程度与能量耗散关系分析[J]. 张蓉蓉,经来旺. 煤炭学报. 2018(07)
[7]隧道衬砌弹塑性损伤模型建立与应用研究[J]. 朱正国,杨利海,徐宁. 铁道工程学报. 2018(07)
[8]巴东组岩石加卸荷力学性质及卸荷本构模型[J]. 温韬,唐辉明,范志强,蔡毅,汪丁建. 中国矿业大学学报. 2018(04)
[9]低温条件下红砂岩动态力学性能试验研究[J]. 杨阳,杨仁树,王建国,方士正,张念念. 煤炭学报. 2018(04)
[10]低温含水砂岩动态压缩力学性能试验研究[J]. 张欢,平琦,吴明静. 冰川冻土. 2018(01)
博士论文
[1]弱胶结砂岩细观结构特征与变形破坏机理研究及应用[D]. 宋朝阳.北京科技大学 2017
[2]深厚冲积层冻结立井外层井壁结构模糊随机可靠性研究[D]. 姚亚锋.安徽理工大学 2016
[3]白垩系地层冻结井筒岩石物理力学特性及温度场研究[D]. 李博融.西安科技大学 2016
[4]低温作用下岩石动态力学性能试验研究[D]. 杨阳.中国矿业大学(北京) 2016
[5]深厚冲积层立井井筒冻结压力分布规律研究[D]. 马茂艳.安徽理工大学 2015
[6]卸荷条件下岩石破坏宏细观机理与地下工程设计计算方法研究[D]. 丛宇.青岛理工大学 2014
[7]白垩系地层冻结软岩的损伤和蠕变特性研究[D]. 朱杰.安徽理工大学 2014
[8]极弱胶结岩体结构与力学特性及本构模型研究[D]. 孟庆彬.中国矿业大学 2014
[9]基于CT图像处理的冻结岩石细观结构及损伤力学特性研究[D]. 刘慧.西安科技大学 2013
[10]冻结深立井钢筋混凝土井壁温度场与温度应力研究[D]. 张红亚.合肥工业大学 2013
硕士论文
[1]西部人工冻结白垩系砂岩动静力学特性研究[D]. 李祖勇.西安科技大学 2018
[2]三轴卸荷条件下大理岩力学特性及能量演化规律研究[D]. 王佳信.昆明理工大学 2018
[3]基于黏弹塑性理论的冻结壁与井壁共同作用机理分析[D]. 甄田田.安徽理工大学 2017
[4]攀枝花机场三叠系泥岩工程特性及软化机理研究[D]. 潘迪.成都理工大学 2017
[5]岩石冻融损伤及水热耦合模型研究[D]. 阎锡东.中国地质大学(北京) 2016
[6]不同应力路径下粉砂岩力学特性及卸荷本构模型研究[D]. 李涛.中国矿业大学 2015
[7]新庄煤矿白垩系砂岩冻结状态下物理力学特性试验研究[D]. 屈永龙.西安科技大学 2014
[8]新庄煤矿风立井冻结壁与井壁相互作用研究[D]. 李庆平.西安科技大学 2014
[9]岩石常规试验断裂损伤演化及其控制的分形几何研究[D]. 王龙.山东农业大学 2014
[10]不同加卸荷应力路径下大理岩破坏过程的能量演化机制与本构模型研究[D]. 高速.青岛理工大学 2013
本文编号：3222725
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：189 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
论文研究流程
图２．１试验岩样??Ｆｉｇ．２．１?Ｔｅｓｔ?ｒｏｃｋ?ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ??２．２?弱胶结软岩组构特征（Ｆａｂｒｉｃ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ?ｏｆ?ｗｅｓｏｆｔ?ｒｏｃｋ）??２．２．１弱胶结软岩矿物成分??
吸水能力较强，使得岩体有较强的软化性和膨胀性；而高岭石和伊利石吸水膨胀性较??弱。为了研宄弱胶结软岩的水理及物理性质，釆用ＸＲＤ矿石物相分析仪对弱胶结泥??岩和砂岩试样进行Ｘ射线衍射矿物成分分析，所得结果如图２．２所示。??５００??Ｃ??Ｑ：石英??４００?？?Ｋ：高岭石??Ｉ：伊利石??云?Ｉ／Ｓ：伊蒙混层??１?３００?－?Ｆ：长石??２?Ｄ：绿泥石??右?０：其他??｜?２００?－??１００?－?（－??１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０??Ｔｗｏ－Ｔｈｅｔａ?（ｄｅｇ）??（ａ）
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同围压与冻结温度下白垩系红砂岩力学性质试验研究[J]. 刘波,马永君,盛海龙,邓和浪,韩茜,曹英杰. 岩石力学与工程学报. 2019(03)
[2]基于FLAC3D冻结壁温度场数值分析[J]. 王鹏,林斌,侯海杰,龙依. 煤炭技术. 2018(11)
[3]饱水冻结花岗岩动态力学性状的应变率效应[J]. 王建国,雷振,杨阳,李祥龙,郭延辉. 地下空间与工程学报. 2018(05)
[4]含孔多裂隙岩石力学特性与破裂分形维数相关性研究[J]. 张科,刘享华,李昆,吴文远. 岩石力学与工程学报. 2018(12)
[5]某矿副井冻结壁温度场发展规律研究[J]. 王鹏,林斌,侯海杰,龙依. 煤矿安全. 2018(08)
[6]SHPB试验中高低温作用后深部砂岩破碎程度与能量耗散关系分析[J]. 张蓉蓉,经来旺. 煤炭学报. 2018(07)
[7]隧道衬砌弹塑性损伤模型建立与应用研究[J]. 朱正国,杨利海,徐宁. 铁道工程学报. 2018(07)
[8]巴东组岩石加卸荷力学性质及卸荷本构模型[J]. 温韬,唐辉明,范志强,蔡毅,汪丁建. 中国矿业大学学报. 2018(04)
[9]低温条件下红砂岩动态力学性能试验研究[J]. 杨阳,杨仁树,王建国,方士正,张念念. 煤炭学报. 2018(04)
[10]低温含水砂岩动态压缩力学性能试验研究[J]. 张欢,平琦,吴明静. 冰川冻土. 2018(01)
博士论文
[1]弱胶结砂岩细观结构特征与变形破坏机理研究及应用[D]. 宋朝阳.北京科技大学 2017
[2]深厚冲积层冻结立井外层井壁结构模糊随机可靠性研究[D]. 姚亚锋.安徽理工大学 2016
[3]白垩系地层冻结井筒岩石物理力学特性及温度场研究[D]. 李博融.西安科技大学 2016
[4]低温作用下岩石动态力学性能试验研究[D]. 杨阳.中国矿业大学(北京) 2016
[5]深厚冲积层立井井筒冻结压力分布规律研究[D]. 马茂艳.安徽理工大学 2015
[6]卸荷条件下岩石破坏宏细观机理与地下工程设计计算方法研究[D]. 丛宇.青岛理工大学 2014
[7]白垩系地层冻结软岩的损伤和蠕变特性研究[D]. 朱杰.安徽理工大学 2014
[8]极弱胶结岩体结构与力学特性及本构模型研究[D]. 孟庆彬.中国矿业大学 2014
[9]基于CT图像处理的冻结岩石细观结构及损伤力学特性研究[D]. 刘慧.西安科技大学 2013
[10]冻结深立井钢筋混凝土井壁温度场与温度应力研究[D]. 张红亚.合肥工业大学 2013
硕士论文
[1]西部人工冻结白垩系砂岩动静力学特性研究[D]. 李祖勇.西安科技大学 2018
[2]三轴卸荷条件下大理岩力学特性及能量演化规律研究[D]. 王佳信.昆明理工大学 2018
[3]基于黏弹塑性理论的冻结壁与井壁共同作用机理分析[D]. 甄田田.安徽理工大学 2017
[4]攀枝花机场三叠系泥岩工程特性及软化机理研究[D]. 潘迪.成都理工大学 2017
[5]岩石冻融损伤及水热耦合模型研究[D]. 阎锡东.中国地质大学(北京) 2016
[6]不同应力路径下粉砂岩力学特性及卸荷本构模型研究[D]. 李涛.中国矿业大学 2015
[7]新庄煤矿白垩系砂岩冻结状态下物理力学特性试验研究[D]. 屈永龙.西安科技大学 2014
[8]新庄煤矿风立井冻结壁与井壁相互作用研究[D]. 李庆平.西安科技大学 2014
[9]岩石常规试验断裂损伤演化及其控制的分形几何研究[D]. 王龙.山东农业大学 2014
[10]不同加卸荷应力路径下大理岩破坏过程的能量演化机制与本构模型研究[D]. 高速.青岛理工大学 2013
本文编号：3222725
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