恒轴压卸围压路径下大理岩宏细观破坏机理研究
发布时间：2021-03-05 17:46
地下工程开挖是一个卸荷过程,加荷路径与卸荷路径下岩体破坏机制存在明显差异。关于岩石卸荷破坏机制的研究已有很多,学者开展了大量的宏观破坏试验工作,但是岩石卸荷破坏细观机制的研究尚不完善。本文采用试验与数值模拟相结合的方式,开展了大理岩常规三轴与恒轴压、卸围压的破坏试验和颗粒流细观模拟,分析了卸荷路径下大理岩的力学特性,破坏形式以及能量转换规律,讨论了卸荷速率,初始卸荷位置以及围压对岩石破坏的影响规律。论文取得的主要成果如下:（1）开展大理岩常规三轴和峰值前、峰值后恒轴压卸围压破坏试验,分析了加荷和卸荷路径下大理岩变形各阶段的弹性能和耗散能的变化规律。结果表明,围压对能量耗散起抑制作用,从而延缓弹性应变能的释放,这种现象在常规三轴试验中尤为明显。卸荷路径下,弹性能释放速率加快,模型破坏更加剧烈。（2）基于大理岩破坏过程试验数据,利用Fish语言编程在PFC2D程序中建立颗粒流数值模型,采用变量控制法系统研究了颗粒流程序PFC2D中各个细观参数对模型宏观参数（如弹性模量,峰值应力,泊松比）以及破坏形式的影响规律,最终确定了一组能正确反映大理岩变形特征的细观参数。模拟结果表明,细观模型在外荷载...
【文章来源】：青岛理工大学山东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
岩石力学电液伺服试验机首先开展室内常规三轴加荷破坏试验，为后面的恒轴压、卸围压试验提供数据支撑
青岛理工大学工学硕士学位论文6第2章大理岩加卸荷破坏试验结果分析2.1试验介绍2.1.1常规三轴加荷破坏试验试验在中国矿业大学MTS815电液伺服试验机上进行，如图2.1所示。岩样取自同批大理岩岩块，加工成直径为50mm高为100mm的圆柱试样。岩样精度满足试验要求。图2.1岩石力学电液伺服试验机首先开展室内常规三轴加荷破坏试验，为后面的恒轴压、卸围压试验提供数据支撑。常规三轴试验应力路径如图2.2，分两个阶段：图2.2常规三轴试验应力路径图第一阶段：采用应力控制施加围压，当围压23=达到初始设定值（10MPa、20MPa、
青岛理工大学工学硕士学位论文730MPa、40MPa）时停止；第二阶段：保持围压23=恒定不变，通过位移控制以0.003mm/s的速率继续给岩样施加轴向压力1，直至最终破坏时停止。2.1.2恒轴压、卸围压破坏试验大量工程实践表明，隧道开挖卸荷会导致围岩应力重分布，轴向应力不断升高，径向应力不断减少，该过程可以近似采用实验室中的卸荷破坏试验来模拟。室内卸荷试验的应力路径很多，不同应力路径下的卸荷试验会得到不同的规律,造成这种差异的主导因素是轴压的变化[2]。为减小轴压变化对试样破坏过程的影响，本文选择恒轴压、卸围压路径研究岩体的卸荷破坏机理。在不同围压下（10MPa、20MPa、30MPa、40MPa），使大理岩在峰值前、峰值后80%处保持轴压恒定不变，以不同速率卸围压(0.2MPa/s、0.4MPa/s、0.6MPa/s、0.8MPa/s)直至破坏，试验应力路径如图2.3，分为三个阶段：图2.3峰值前、峰值后恒轴压卸围压试验应力路径图第一阶段：OF段：通过应力控制施加围压，加载围压23=至目标值时停止；第二阶段：FA段：保持围压23=不变，通过位移控制以0.003mm/s的速率继续施加轴向压力1至定值(峰值前（A点）、峰值后（B点）应力80%处，在图2.3中A、B实为同一点，所以用虚线区分开)；第三阶段：AC段、BC段：保持轴力恒定，在峰值前、峰值后按不同的卸荷速率（0.2MPa/s、0.4MPa/s、0.6MPa/s、0.8MPa/s）卸围压直至岩样完全破坏。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同细观组分花岗岩力学特性的颗粒流模拟[J]. 赵奎,伍文凯,曾鹏,刘永光,李胜平. 矿业研究与开发. 2020(01)
[2]基于FLAC3D的岩石边坡分步开挖稳定性分析[J]. 蔡佳豪. 四川建筑. 2019(03)
[3]深部煤岩体卸荷损伤变形演化特征数值模拟及验证[J]. 蔡永博,王凯,袁亮,徐超,付强,孔德磊. 煤炭学报. 2019(05)
[4]花岗岩三轴循环加卸载宏细观特性的三维颗粒流模拟[J]. 张英,丁忠岐,房铖,丛滨亭. 矿业研究与开发. 2019(04)
[5]大理岩加、卸荷破坏过程的三维颗粒流模拟[J]. 丛怡,丛宇,张黎明,贾乐鑫,王在泉. 岩土力学. 2019(03)
[6]基于颗粒流的模拟岩石结构面细观参数敏感性研究[J]. 许强,黄曼,马成荣. 科技通报. 2018(01)
[7]不同围压下页岩残余强度及破裂面特征的试验研究[J]. 梁运培,李清淼,顾义磊,邹全乐,李全贵. 采矿与安全工程学报. 2017(06)
[8]基于实际分布的花岗岩颗粒流模拟几何模型[J]. 徐金明,赵丹,黄大勇. 地下空间与工程学报. 2017(03)
[9]脆性岩石宏细观破坏机制的卸荷速率影响效应研究[J]. 丛宇,冯夏庭,郑颖人,王在泉,邱士利. 岩石力学与工程学报. 2016(S2)
[10]分阶段卸荷过程中构造煤的力学特征及能量演化分析[J]. 张军伟,姜德义,赵云峰,陈结,李林. 煤炭学报. 2015(12)
博士论文
[1]复杂受力状态下裂隙岩体渗透特性试验研究[D]. 尹乾.中国矿业大学 2017
硕士论文
[1]瞬态卸荷岩体破坏的三维数值模拟研究[D]. 张兴业.燕山大学 2017
本文编号：3065600
【文章来源】：青岛理工大学山东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
岩石力学电液伺服试验机首先开展室内常规三轴加荷破坏试验，为后面的恒轴压、卸围压试验提供数据支撑
青岛理工大学工学硕士学位论文6第2章大理岩加卸荷破坏试验结果分析2.1试验介绍2.1.1常规三轴加荷破坏试验试验在中国矿业大学MTS815电液伺服试验机上进行，如图2.1所示。岩样取自同批大理岩岩块，加工成直径为50mm高为100mm的圆柱试样。岩样精度满足试验要求。图2.1岩石力学电液伺服试验机首先开展室内常规三轴加荷破坏试验，为后面的恒轴压、卸围压试验提供数据支撑。常规三轴试验应力路径如图2.2，分两个阶段：图2.2常规三轴试验应力路径图第一阶段：采用应力控制施加围压，当围压23=达到初始设定值（10MPa、20MPa、
青岛理工大学工学硕士学位论文730MPa、40MPa）时停止；第二阶段：保持围压23=恒定不变，通过位移控制以0.003mm/s的速率继续给岩样施加轴向压力1，直至最终破坏时停止。2.1.2恒轴压、卸围压破坏试验大量工程实践表明，隧道开挖卸荷会导致围岩应力重分布，轴向应力不断升高，径向应力不断减少，该过程可以近似采用实验室中的卸荷破坏试验来模拟。室内卸荷试验的应力路径很多，不同应力路径下的卸荷试验会得到不同的规律,造成这种差异的主导因素是轴压的变化[2]。为减小轴压变化对试样破坏过程的影响，本文选择恒轴压、卸围压路径研究岩体的卸荷破坏机理。在不同围压下（10MPa、20MPa、30MPa、40MPa），使大理岩在峰值前、峰值后80%处保持轴压恒定不变，以不同速率卸围压(0.2MPa/s、0.4MPa/s、0.6MPa/s、0.8MPa/s)直至破坏，试验应力路径如图2.3，分为三个阶段：图2.3峰值前、峰值后恒轴压卸围压试验应力路径图第一阶段：OF段：通过应力控制施加围压，加载围压23=至目标值时停止；第二阶段：FA段：保持围压23=不变，通过位移控制以0.003mm/s的速率继续施加轴向压力1至定值(峰值前（A点）、峰值后（B点）应力80%处，在图2.3中A、B实为同一点，所以用虚线区分开)；第三阶段：AC段、BC段：保持轴力恒定，在峰值前、峰值后按不同的卸荷速率（0.2MPa/s、0.4MPa/s、0.6MPa/s、0.8MPa/s）卸围压直至岩样完全破坏。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同细观组分花岗岩力学特性的颗粒流模拟[J]. 赵奎,伍文凯,曾鹏,刘永光,李胜平. 矿业研究与开发. 2020(01)
[2]基于FLAC3D的岩石边坡分步开挖稳定性分析[J]. 蔡佳豪. 四川建筑. 2019(03)
[3]深部煤岩体卸荷损伤变形演化特征数值模拟及验证[J]. 蔡永博,王凯,袁亮,徐超,付强,孔德磊. 煤炭学报. 2019(05)
[4]花岗岩三轴循环加卸载宏细观特性的三维颗粒流模拟[J]. 张英,丁忠岐,房铖,丛滨亭. 矿业研究与开发. 2019(04)
[5]大理岩加、卸荷破坏过程的三维颗粒流模拟[J]. 丛怡,丛宇,张黎明,贾乐鑫,王在泉. 岩土力学. 2019(03)
[6]基于颗粒流的模拟岩石结构面细观参数敏感性研究[J]. 许强,黄曼,马成荣. 科技通报. 2018(01)
[7]不同围压下页岩残余强度及破裂面特征的试验研究[J]. 梁运培,李清淼,顾义磊,邹全乐,李全贵. 采矿与安全工程学报. 2017(06)
[8]基于实际分布的花岗岩颗粒流模拟几何模型[J]. 徐金明,赵丹,黄大勇. 地下空间与工程学报. 2017(03)
[9]脆性岩石宏细观破坏机制的卸荷速率影响效应研究[J]. 丛宇,冯夏庭,郑颖人,王在泉,邱士利. 岩石力学与工程学报. 2016(S2)
[10]分阶段卸荷过程中构造煤的力学特征及能量演化分析[J]. 张军伟,姜德义,赵云峰,陈结,李林. 煤炭学报. 2015(12)
博士论文
[1]复杂受力状态下裂隙岩体渗透特性试验研究[D]. 尹乾.中国矿业大学 2017
硕士论文
[1]瞬态卸荷岩体破坏的三维数值模拟研究[D]. 张兴业.燕山大学 2017
本文编号：3065600
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