岩石流变力学特性CT试验研究

发布时间：2020-07-08 14:01

【摘要】：岩石的流变现象在岩石工程建设里相当常见,对于岩石流变力学特性的研究在岩石工程、地下工程中存在十分重要的意义。由于岩石的流变,特别是蠕变和应力松弛直接关系到岩石工程的长期稳定性,所以必须要进行岩石蠕变与应力松弛力学特性研究来满足当前工程的实际需要。针对微型试件以及流变细观损伤研究领域的不足,本文以微型石灰岩试件为研究对象,以“岩石流变力学特性CT试验研究”为主要研究课题,利用自主研制的微型单轴煤岩试验机结合太原理工大学高精度显微CT试验系统使用,进行了单轴压缩下的石灰岩蠕变和应力松弛全过程细观损伤发育的CT动态实时扫描试验,获得了大量的显微CT图像,通过对CT图像局部特征进行观测分析,利用不同位置的特征点距离变化和不同区域密度变化来识别微裂隙的演化,分析得到了石灰岩蠕变和应力松弛过程中的细观破坏规律。本文首先介绍了岩石流变力学研究现状及CT技术的应用,随后对试验设备微型单轴煤岩试验机、高精度显微CT试验系统及两者间的结合使用进行了说明,并简单介绍了试验方法以及图像处理技术,下一步进行了石灰岩的蠕变与应力松弛CT试验。首先,制作了微型石灰岩试件并进行常规的单轴压缩试验,测得了石灰岩试件的瞬时破坏强度和极限应变,之后进行了多组分级增量加载下的蠕变试验,研究了石灰岩的蠕变特性,石灰岩试件变形表现出与时间相关的减速蠕变和稳态蠕变。进一步结合显微CT试验观测蠕变过程中的细观破坏规律。对CT图像分析的结果表明:石灰岩蠕变损伤扩展存在局部化现象,随着应力等级增加稳态蠕变段裂隙加速发育;裂隙更容易产生在低密度区域,在中低应力状态下试件内部密度降低,在较高应力状态下裂隙区域与非裂隙区域密度变化产生分化现象,最终导致了岩石破坏。在石灰岩试件的应力松弛试验中,先进行了多组分级加载下的应力松弛试验,研究了石灰岩的应力松弛特性。石灰岩应力松弛经历了快速、缓慢和稳定松弛三个阶段,在试件破坏前,应力松弛量和剩余应力比随着应变水平增加,在最后一级应变下,应力迅速降低,应力松弛量增加明显,剩余应力比反而降低。进一步结合显微CT试验观测应力松弛过程中的细观破坏规律。对CT图像分析的结果表明:试件初期先发生扩容,之后再被压密,裂隙更容易产生在初始密度低的区域,石灰岩应力松弛损伤扩展随应变等级的增加而增加,在高应变等级下同样存在损伤演化的区域分化现象。本文在试验设计及试验过程中还有一些不足的地方,但通过本文的试验研究与理论分析,能够对微型石灰岩试件的流变损伤规律进行较为简单的阐述,具有一定的研究价值。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD315
【图文】：

图 2-1 制作得到的石灰岩试件Fig. 2-1 made limestone specimens下几个步骤：SYJ-150 型低速金刚石切割机，把事先选择的岩块的薄片，薄片高度在 20mm 以下。步切割好的岩块薄片固定在 ZHX-13 型台式钻床岩圆柱形试样。试件采用湿式加工法钻取，在钻芯过试件，取得的岩芯长度在 15-20mm 之间。的岩芯试件固定在 SYJ-150 型低速金刚石切割机体，切割要确保两个切面完整及平整。磨床将上一步取得的试样进一步打磨，保证试件平标准试件，加工后的试样保持自然风干状态。

图 2-1 制作得到的石灰岩试件Fig. 2-1 made limestone specimens为以下几个步骤：用 SYJ-150 型低速金刚石切割机，把事先选择的岩块切割试样的薄片，薄片高度在 20mm 以下。上一步切割好的岩块薄片固定在 ZHX-13 型台式钻床上，灰岩圆柱形试样。试件采用湿式加工法钻取，在钻芯过程破坏试件，取得的岩芯长度在 15-20mm 之间。取得的岩芯试件固定在 SYJ-150 型低速金刚石切割机上，圆柱体，切割要确保两个切面完整及平整。小型磨床将上一步取得的试样进一步打磨，保证试件平整m 的标准试件，加工后的试样保持自然风干状态。

图 2-3 ZHX-13 型台式钻床Fig. 2-3 ZHX-13 bench drilling machine绍T 试验系统mography)技术，即电子计算机断层扫描技术，准直的特点，并用高灵敏度探头绕扫描物体一圈像准确清晰等特点。 X 光穿透不同密度的物质表现出了不同的能力的地方对 X 射线的吸收能力越强，X 射线的衰，X 射线的衰减遵循指数规律。CT 扫描照片上白色区域表示该区域物质密度较大；CT 扫描图

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本文编号：2746633