岩石峰后应变软化特性及工程应用

发布时间：2019-09-24 20:54

【摘要】：随着地下工程开挖的发展，地下巷道工程的埋深不断加大。巷道开挖后，其围岩由原来的三向应力状态变为二向应力状态甚至单向应力状态，造成围岩的破坏，此时围岩大多情况下处于峰值强度之后，但是此时的岩体仍具有很高的支护强度。研究这部分岩体有助于对地下工程进行支护工作，一定程度上减少巷道的支护支出和支护强度，从而提高经济效益。本文在前人的基础上，提出了岩石峰后的应力应变曲线的新模型。从强度参数的演化规律出发，确定应变软化参数和强度准则，然后根据强度参数的演化规律，确定强度参数与应变软化参数之间的联系，从而得到岩石峰后的应力-应变曲线。运用摩尔-库仑强度准则，用轴向塑性主应变p1作为应变软化参数，将其表示成黏聚力c和内摩擦角的函数，最后再转化成轴向主应变的函数，从而给出应力-应变的关系和岩石峰后的变形模量的表达式。运用上述方法得到的岩石峰后曲线与实验得到数据进行对比，结果表明，两者的变化趋势基本一致，有很好的拟合度，而且随着三轴试验围压的增大，岩石峰后应力-应变曲线逐渐趋向于平缓。接着运用FLAC3D软件模拟岩石试样假三轴压缩试验，，观察模型的塑性状态，随着模型轴向不断的压缩，岩石试样模型的侧面经过一段时间的弹性状态后，开始出现塑性区，并且之后塑性区不断增大，直至试件沿着侧面倾斜方向形成两条交叉的破裂带，至此岩石具有了残余强度。将本文新建的本构模型与常规摩尔-库伦模型运用到地下巷道的全断面开挖中，对比这两种模型的开挖过程，巷道开挖完成后，竖直方向的塑性区域比水平方向的小。相对于摩尔-库伦模型，本文所建立的模型在进行FLAC3D模拟时出现的塑性区的面积较大，且新建模型的巷道拱顶沉降和水平收敛的位移值比普通模型大。但整个巷道开挖完成后，普通模型和新建模型的巷道拱顶沉降和水平收敛的变化趋势趋于一致。
【图文】：

曲线,三轴压缩实验,岩石,围压

图 2.1 岩石三轴压缩实验全应力-应变曲线E．Hoek 和 E．T．Brown 在 1997 年通过理论与实验研究，提出了估算岩石值强度之后的岩石力学行为曲线的方法，如下图 2.2[10]所示，用文字可以表述，可分为三点，具体如下：（1）在没有围压或围压非常小时，岩石受外压力作用达到峰值强度后即刻发脆性破坏，应力突降到一个较低的稳定的值。（2）在围压为由岩石试样的单轴抗压试验所确定的单轴抗压强度时，单轴抗强度为p ，岩石达到峰值强度后，岩石试样可以被认为是一个塑性体。（3）在围压介于上述两个压力之间时，岩石峰后本构曲线可视为一条倾斜的线，此时可以认为其斜率为变形模量E 的大小。

曲线,曲线模型,本构,岩石

图 2.1 岩石三轴压缩实验全应力-应变曲线 E．T．Brown 在 1997 年通过理论与实验研究，提出了石力学行为曲线的方法，如下图 2.2[10]所示，用文字可以如下：有围压或围压非常小时，岩石受外压力作用达到峰值强度突降到一个较低的稳定的值。压为由岩石试样的单轴抗压试验所确定的单轴抗压强度时达到峰值强度后，岩石试样可以被认为是一个塑性体。压介于上述两个压力之间时，岩石峰后本构曲线可视为一为其斜率为变形模量E 的大小。
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD313

【参考文献】