锚固岩体裂隙演化和力学机制研究

发布时间：2020-11-11 23:11

　　 工程岩体内部含有大量的空洞、裂隙等缺陷,它们的存在严重降低了工程岩体的承载能力。为了延长工程岩体的寿命和提高工程岩体的强度,岩土工程大量应用了锚杆加固技术,既提高岩体结构完整性,又能充分发挥岩体的自身承载能力。虽然锚杆加固技术应用于工程实践已有一个多世纪,但是对锚杆的锚固机理还没有完全搞清楚。本文通过试验对锚固裂隙岩体的裂隙演化和力学机制进行了系统的研究,研究成果如下:(1)依据研究内容,设计了可以精确预置裂隙和准确定位锚杆裂隙夹角的新型实验模具,通过材料配比实验选出实验所需要的偏脆性和偏延性的材料。(2)位移计和声发射系统监测显示,无锚固裂纹试件前后面无变形,左右侧面变形范围为3mm~10mm,加载开始到最终破坏,锚固裂隙试件的变形较非锚固提高了50%。相对非锚固试件,锚固岩体试件在残余强度段有较强的声发射信号,水泥砂浆声发射信号强度相对石膏较弱。(3)单轴压缩条件下,两种材料试件的应力-应变曲线呈双波峰特性,石膏锚固裂隙试样的抗压强度显著增强,其中β=60°时取得最小值,但是仍然为非锚固状态的1.92倍,水泥砂浆试样的抗压强度变化不大,甚至在β=30°时小于非锚固状态。石膏和水泥砂浆锚固裂隙试件的弹性模量和残余强度变化趋势相同,随着β角的增大先减小后增大,且在β=60°时值最小。(4)锚固裂隙试件和非锚固裂隙试件的翼裂纹最先起裂是一般规律,随着锚固控制面与裂隙的夹角β的增大,裂隙的起裂角度,先减小后增加。研究过程中定义了五种类型裂纹,它们起裂的先后顺序是;翼裂纹、反翼裂纹、次生共面裂纹、次生倾斜裂纹和远场裂纹。通过研究两种材料锚固裂纹试件单轴加载条件下裂隙的演化规律,总结了5种裂纹贯通模式。该论文有图95幅,表19个,参考文献130篇。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU45
【部分图文】：

李子昌等利用研制的电液伺服动静三轴试验机，开缺陷岩石破坏试验研究，并应用 CT 扫描技术对试样样采用溪洛渡工程右坝,某平洞致密玄武岩加工而成，所示。试验研究分析了不同裂纹倾角对试样峰值强度面进行了 CT 扫描，如图 1-2 所示。得到的观测现象低，而当裂纹方向与主应力方向相同时，破坏强度并

图 1-2 试样横断面扫描结果图Figure 1-2 Scanning Result Diagram of Sample Cross Section付金伟、朱维申等[44]利用新型树脂材料进行了三维裂纹相似模型试验，在前面学者的基础上加强了材料的选择，该材料不仅完全透明，在处于较低温度下其拉压比可 1/6.6，材料的类岩石特性与真实岩体更加接近。试件的布置形式为含三维的内置平裂隙组，在单轴加载条件下，观察描述和分析了试件的裂隙演化过程，进而对三维产生的条件与机制进行了研究。所得结论为：试件破坏过程可大致分为初始压密阶弹性变形阶段、次生裂纹萌生和扩展阶段、次生裂纹加速扩展、试件整体失稳破坏等 5 个阶段。李世愚、滕春凯等[45]使用玻璃样品进行了若干三维破裂试验，并观察到以下试验现①预制裂纹中部首先出现裂纹扩展, 随着荷载增大新裂隙向两端扩展，长轴端部最现破裂扩展；②在扩展过程中初始破裂面通过不断贯通合并,数量会不断减少。③每个裂纹破裂面都表现出类似的扩展形状，即向一侧拉长的准螺旋状，随着裂纹的不同，拉长程度各异，在裂纹中部(短轴端部)长度最短,在裂纹长轴端部最长，拉裂纹面为主破裂面，半径大致相等。图 1-3 为不同倾角玻璃表面裂纹三维破裂过程

预制裂纹中部首先出现裂纹扩展, 随着荷载增大新裂隙向两端扩展，长轴端破裂扩展；②在扩展过程中初始破裂面通过不断贯通合并,数量会不断减少。每个裂纹破裂面都表现出类似的扩展形状，即向一侧拉长的准螺旋状，随着不同，拉长程度各异，在裂纹中部(短轴端部)长度最短,在裂纹长轴端部最长纹面为主破裂面，半径大致相等。图 1-3 为不同倾角玻璃表面裂纹三维破裂过
【参考文献】

相关期刊论文 前9条

1 付金伟;朱维申;雒祥宇;李勇;周浩;张敦福;;含三维内置断裂面新型材料断裂体破裂过程研究[J];中南大学学报(自然科学版);2014年09期

2 付金伟;朱维申;谢富东;薛伟强;张敦福;李勇;;岩石中三维双裂隙组扩展和贯通过程的试验研究和弹脆性模拟[J];岩土力学;2013年09期

3 杨圣奇;刘相如;;不同围压下断续预制裂隙大理岩扩容特性试验研究[J];岩土工程学报;2012年12期

4 李世愚;和泰名;滕春凯;郑需要;V.Kuksenko;李世愚;;三维初始破裂的理论与实验研究及其在解释断层现象中的意义[J];世界地震译丛;2011年02期

5 蒲成志;曹平;赵延林;张向阳;衣永亮;刘业科;;单轴压缩下多裂隙类岩石材料强度试验与数值分析[J];岩土力学;2010年11期

6 林鹏;周雅能;李子昌;杨强;周维垣;;含三维预置单裂纹缺陷岩石破坏试验研究[J];岩石力学与工程学报;2008年S2期

7 黄明利,唐春安,梁正召;岩石裂纹相互作用的应力场分析[J];东北大学学报;2001年04期

8 黄明利,唐春安,朱万成;非均质岩桥对裂纹扩展贯通机制影响的数值分析[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2000年01期

9 黄明利,唐春安,朱万成;岩石单轴压缩下破坏失稳过程SEM即时研究[J];东北大学学报;1999年04期

相关博士学位论文 前10条

1 贾海梁;多孔岩石及裂隙岩体冻融损伤机制的理论模型和试验研究[D];中国地质大学;2016年

2 付金伟;含三维裂隙试件在双轴压力和水压作用下压裂试验与数值模拟研究[D];山东大学;2015年

3 王向刚;脆性材料中三维裂隙破坏过程试验与数值模拟研究[D];山东大学;2014年

4 郭运华;岩石破裂过程的统计损伤模型及裂隙岩体渐进破坏数值模拟[D];山东大学;2014年

5 刘慧;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];西安科技大学;2013年

6 孙新建;基于Hilbert能量分析的岩体爆破震动损伤研究[D];天津大学;2012年

7 王国艳;采动岩体裂隙演化规律及破坏机理研究[D];辽宁工程技术大学;2010年

8 秦昊;断续节理岩体锚固效应数值模拟方法研究[D];山东大学;2010年

9 郭彦双;脆性材料中三维裂隙断裂试验、理论与数值模拟研究[D];山东大学;2007年

10 王忠昶;岩石类材料损伤局部化失稳及锚固的力学机制研究[D];大连理工大学;2007年

相关硕士学位论文 前10条

1 荣腾龙;低温环境下单裂隙岩体强度损伤及断裂特性分析[D];西安科技大学;2015年

2 胡峰;基于断裂力学和损伤理论的裂隙岩体损伤机理研究[D];重庆大学;2015年

3 陈果;三维币状裂纹扩展及贯通机制试验研究[D];重庆大学;2015年

4 崔玉龙;脆性材料中三维张开型十字交叉裂隙扩展机理的试验研究[D];重庆大学;2015年

5 武永;温度/载荷作用下红砂岩损伤机理与声发射特征研究[D];中国矿业大学;2014年

6 张亚民;冻融作用下花岗岩的细观损伤机理及演化规律[D];中南大学;2012年

7 周奎;含三维裂隙的脆性岩体破坏机理的试验与数值分析研究[D];山东大学;2011年

8 郑文炜;含三维预置裂纹岩石破坏行为研究[D];清华大学;2011年

9 吕海波;岩石三维内部裂隙扩展过程的数值模拟研究[D];山东科技大学;2010年

10 张宁;锚杆对三维裂隙岩体加固止裂效应试验研究[D];山东大学;2009年

本文编号：2879890