岩石荷载速率依存性及其广义应力松弛特性研究

发布时间：2019-08-07 10:03

【摘要】：很多的地下工程实践中,岩体既不是纯蠕变,也不是纯应力松弛,而是随着时间的增加,应力和应变同时发生变化,表现出时间依存性,导致岩体最终破坏,这种现象用一般的蠕变和应力松弛很难解释清楚。本文以自主研发的能实现应力归还法控制的伺服试验系统开展Ⅰ和Ⅱ类岩石的强度荷载速率依存性、杨氏模量荷载速率依存性和广义应力松弛试验。采用实验室试验、理论分析、数值计算与工程实际相结合的方法,用广义应力松弛来分析应力和应变随时间同时变化这种流变现象,系统研究了广义应力松弛的流变行为和力学机制,为隧道围岩、地下岩爆和山体滑坡等这种渐进破坏过程提供理论依据,阐明不同条件下岩石的时间效应。构建了考虑时间效应的可变模量本构方程,对岩石强度、杨氏模量荷载速率依存性和广义应力松弛试验进行数值计算,预测工程寿命,探寻复杂条件下广义应力松弛的工程意义。本论文的主要研究内容如下:1)基于伺服控制试验原理,自主研发了应力归还法控制的伺服试验系统。通过变阻器硬件技术,把应力和应变的线性组合信号作为控制变量反馈给伺服阀,实现应力归还法控制,为研究广义应力松弛特性提供了一种新的试验手段;2)开展Ⅰ类岩石(田下凝灰岩、荻野凝灰岩)和Ⅱ类岩石(江持安山岩、井口砂岩)不同荷载条件下强度和杨氏模量荷载速率依存性试验,分析不同区域荷载速率依存性,研究单轴压缩、直接拉伸和巴西劈裂条件下强度、杨氏模量拉压特征的相似性,对比分析Ⅰ类和Ⅱ类岩石全应力-应变曲线演化特性,并对拉压荷载条件下的破坏模式进行初步探析;3)开展Ⅰ类岩石(田下凝灰岩)和Ⅱ类岩石(井口砂岩和花岗岩)广义应力松弛试验,研究广义应力松弛的流变特征、揭示广义应力松弛力学机制。对不同荷载条件、不同应力水平、不同方向系数和不同岩性的广义应力松弛流变特征进行对比分析研究。用广义应力松弛理论研究岩爆的孕育过程、发生机理和动态效应,揭示“流变-破坏”的动态演化规律,探寻复杂荷载条件下广义应力松弛工程物理意义;4)基于Maxwell模型,构建考虑时间效应的可变模量本构方程,求解不同荷载条件下方程的解,获得强度、杨氏模量的荷载速率模型,分析本构方程中各参数物理意义,通过试验法获得本构方程中参数值;5)用构建的可变模量本构方程对强度、杨氏模量荷载速率依存性和广义应力松弛试验进行数值计算。对比分析Ⅰ类和Ⅱ类岩石的时间依存性,预测工程寿命。
【图文】：

图 2.1 I 类和 II 类岩石完整的应力应变曲线Fig.2.1 Complete stress-strain curves of Class I and Class II roc控制力应变曲线与控制线ii Ct有唯一的交点，从而应应变曲线；II 类岩石，控制线 在峰前与应力峰后区域，控制线 与应力应变曲线有多个交稳定的控制 II 类岩石，如图 2.2 所示。

图 2.1 I 类和 II 类岩石完整的应力应变曲线Fig.2.1 Complete stress-strain curves of Class I and Class II rocks 应变速率控制I 类岩石，应力应变曲线与控制线ii Ct有唯一的交点，，从而应变速率控制能获得完整的应力应变曲线；II 类岩石，控制线 在峰前与应力应变曲线有唯一的交点，但在峰后区域，控制线 与应力应变曲线有多个交点，从而应变加载在峰后不能稳定的控制 II 类岩石，如图 2.2 所示。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45

【参考文献】

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本文编号：2523884