不同角度单裂隙类岩石强度及蠕变性能研究

发布时间：2022-01-02 07:12

　　天然裂隙岩体属于自然地质作用形成,取样相当困难,因此以水泥、河砂为相似材料做成标准的类岩石试件作为研究对象,通过单轴、三轴破坏实验,单轴、三轴循环加卸载实验,单轴、三轴蠕变加卸载实验,冻融循环实验对其物理性参数、强度、蠕变特性及破坏方式进行研究,分析冻融破坏形式及冻胀机理,并以上述为基础,利用有限元ABAQUS软件进行巷道的蠕变模拟。通过相似三定理说明了利用相似材料制作类岩石试件的可行性,利用河砂、水泥和水为原材料,通过自制圆柱体模具做出裂隙试件,配制不同角度的相似材料试件为后续的试验做好准备。对试件进行单轴压缩试验、三轴压缩试验和劈裂试验得出以下结果:单轴抗压强度随裂隙角度的增加显著增加,弹性模量随角度增加逐渐增加,泊松比随角度的增加反而减小;摩擦角和内聚力随角度的增加显著增加;90度裂隙试件的抗拉强度最小,完整试件抗拉强度最大。通过对裂隙试件进行单轴及三轴循环加卸载试验得出以下试验结果:试件的加卸载斜率并不相同,卸载过程斜率较高,无论单轴加卸载或三轴加卸载情况下,随着循环载荷的增加,滞回环的面积逐渐增加,能量耗散逐渐增加,从损伤力学角度来讲对试件造成损伤的程度也就越大。岩石体积模量... 

【文章来源】：青岛科技大学山东省

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
符号说明
1 绪论
    1.1 课题来源、研究目的及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 裂隙岩体强度特性研究现状
        1.2.2 岩体蠕变特性研究现状
    1.3 论文的主要研究内容
2 相似材料选取及试件制作
    2.1 相似理论
        2.1.1 相似三定理
    2.2 相似试件制备
        2.2.1 相似材料的选择
        2.2.2 模具设计
        2.2.3 试验工具
    2.3 试件的制作方法
    2.4 本章小结
3 常规条件下单裂隙试件力学性能研究
    3.1 试验设备
    3.2 裂隙试件的单轴压缩破坏试验研究
        3.2.1 试验内容与具体步骤
        3.2.2 试验数据处理及分析
        3.2.3 结果分析
        3.2.4 裂隙试件强度模型和破坏方式分析
    3.3 裂隙试件的抗拉强度试验研究
    3.4 裂隙试件的三轴压缩破坏试验研究
        3.4.1 试验内容与具体步骤
        3.4.2 试件结果处理及分析
        3.4.3 试验数据处理
    3.5 本章小结
4 单裂隙试件加卸载强度性能研究
    4.1 理论分析
        4.1.1 损伤力学
        4.1.2 反复加卸载曲线分析
        4.1.3 应力应变曲线形态的类型
    4.2 裂隙试件加卸载试验
        4.2.1 试验方案与具体步骤
        4.2.2 单轴试验结果处理及分析
    4.3 恒定围压轴压加卸载试验
        4.3.1 试验内容与具体步骤
        4.3.2 三轴试验图像处理及分析
    4.4 结果分析
    4.5 本章小结
5 冻融循环下裂隙试件强度特性试验研究
    5.1 理论分析
        5.1.1 类岩石试件冻结过程冻胀力
        5.1.2 冻胀力计算模型(裂隙不扩展条件下)
        5.1.3 孔隙等效体积模量的计算方法
        5.1.4 岩石弹性模量和冻胀力关系(裂隙不扩展条件下)
    5.2 试件及仪器准备
        5.2.1 试件冻融循环仪器
        5.2.2 裂隙试件试验方案
    5.3 单轴试验
        5.3.1 不同孔隙率单裂隙试件试验
        5.3.2 不同冻融循环次数单轴压缩试验
    5.4 本章小结
6 单裂隙试件蠕变特性研究及数值模拟
    6.1 流变基本特性
    6.2 蠕变基本模型
        6.2.1 经验方程法
        6.2.2 模型理论法
    6.3 单裂隙试件蠕变试验研究
        6.3.1 单轴蠕变试验研究
        6.3.2 三轴蠕变试验
    6.4 单裂隙岩体蠕变规律数值模拟
        6.4.1 模型建立
        6.4.2 材料属性设置
        6.4.3 模拟结果及分析
    6.5 本章小结
结论与展望
    本文主要工作及结论
    展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]干燥及饱水状态下裂隙岩石冻融特征研究[J]. 裴向军,蒙明辉,袁进科,王东坡.  岩土力学. 2017(07)
[2]冻融循环作用下单裂隙类砂岩局部化损伤效应及端部断裂特性分析[J]. 申艳军,杨更社,荣腾龙,贾海梁,王铭,刘慧.  岩石力学与工程学报. 2017(03)
[3]寒区路基改良土冻融循环与荷载耦合作用下损伤力学研究[J]. 崔宏环,刘建坤,张立群,李仲玉.  冰川冻土. 2016(04)
[4]孔隙率对页岩相似材料破坏影响的试验研究[J]. 王永岩,朱羽萌,范夕燕,甘小南,郭鹏.  应用力学学报. 2016(04)
[5]岩石裂纹扩展-破断规律及流变特征[J]. 曹平,曹日红,赵延林,张科,蒲成志,范文臣.  中国有色金属学报. 2016(08)
[6]基于细观力学的脆性岩石长期蠕变失效研究[J]. 邵珠山,李晓照.  岩石力学与工程学报. 2016(S1)
[7]循环加卸载过程中砂岩能量耗散演化规律[J]. 邓华锋,胡玉,李建林,王哲,张小景,胡安龙.  岩石力学与工程学报. 2016(S1)
[8]基于分数阶导数的非定常蠕变本构模型研究[J]. 何志磊,朱珍德,朱明礼,李志敬.  岩土力学. 2016(03)
[9]硬脆性岩石卸荷流变试验及长期强度研究[J]. 张龙云,张强勇,李术才,江力宇,袁圣渤,杨尚阳,杨文东.  煤炭学报. 2015(10)
[10]砂岩的蠕变与弹性后效特性试验研究[J]. 蒋昱州,王瑞红,朱杰兵,曾平.  岩石力学与工程学报. 2015(10)

博士论文
[1]硬质裂隙岩体三轴加载及卸荷蠕变特性研究[D]. 杨超.重庆大学 2015
[2]高坝坝区硬脆性裂隙岩体的流变强度时效模型及工程应用研究[D]. 陈芳.山东大学 2012
[3]高应力下岩石卸荷及其流变特性研究[D]. 朱杰兵.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2009

硕士论文
[1]红砂岩单轴加卸载蠕变特性试验研究[D]. 贺其.东华理工大学 2016
[2]加卸载条件下花岗岩力学特性研究[D]. 刘松.昆明理工大学 2016
[3]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]. 周奎.山东大学 2011
[4]压缩作用下含预制裂纹石膏板裂纹扩展规律研究[D]. 田世斌.大连理工大学 2011



本文编号：3563727