大理岩节理分级剪切蠕变特性试验研究

发布时间：2020-07-17 21:54

【摘要】：广泛分布于岩体工程中的节理对岩体力学性质和力学作用具有控制性,对岩体工程的安全稳定造成了一定影响,而节理的剪切流变性质作为节理力学性质的重要影响因素之一,是岩土工程围岩变形失稳的重要原因。本文以大理岩节理为研究对象,通过直接剪切试验、切向分级加载剪切蠕变试验、法向分级卸载剪切蠕变试验和切向分级加载-蠕变-卸载剪切蠕变试验,分析了大理岩节理在几种不同剪切应力路径下的变形及能量变化特征,并围绕大理岩节理破坏形态对剪切破坏机理进行了阐述,总结了失稳破坏前的一些征兆。主要得到以下结论:(1)节理在分级加载剪切蠕变试验中,瞬时剪切位移与剪切应力水平呈正比。采用等时曲线法确定的节理长期抗剪强度占其蠕变剪切强度比值和直接剪切强度比值的范围分别为72.34%~83.84%和61.92%~82.85%。节理轮廓凸起磨损情况与法向应力和剪切应力有关,法向应力和剪切应力越大,节理磨损越严重。改进的Burgers模型能较好的反映不同剪切应力下节理剪切蠕变变形规律。(2)法向卸载分级剪切蠕变试验的第一级法向应力水平下的切向蠕变曲线形态衰减-稳态特征最为明显。法向蠕变位移的突然急剧增大,是节理发生加速蠕变剪切滑移破坏的前兆。法向应力对剪切蠕变变形具有一定影响,采用过渡应力方法比库伦准则方法得到的等效节理强度参数小。考虑法向应力作用的改进Burgers模型能较好的反映节理法向分级卸载剪切蠕变黏弹塑性特征。(3)分级循环剪切加载-蠕变-卸载试验中,考虑法向荷载对节理能量耗散的影响,总变形能和弹性变形能均随循环次数和法向应力的增加而增大,且与循环次数呈指数关系。滞回环面积与循环次数呈正相关,法向应力小于6.5 MPa和大于7.8 MPa时,滞回环面积与循环次数分别呈线性和指数关系。(4)分级循环剪切试验曲线的外包络线可分为加速上升段,匀速上升段和匀速下降段;累计切向塑性变形增加速率随循环次数增加而减缓;剪切加、卸载曲线均能以剪切滑移段为界分为两个曲线段。各级循环加载后或蠕变后出现累计法向位移低于前一循环的情况时,均可以作为节理剪切失稳的远期预报。加载或卸载过程总法向位移曲线出现在前一循环法向位移之前或与前一循环法向位移曲线交叉,可作为节理剪切失稳的近期预兆。
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD315
【图文】：

磨具,制样,试样

2.1 完整试样的力学性质2.1.1 岩样制取与试验设备在进行岩石节理直剪试验前，对部分完整的大理岩、水泥试样进行单轴压缩规三轴压缩和巴西劈裂力学试验，获取大理岩及水泥试样基本力学信息，其中得水泥的参数来证明同等条件下水泥的强度大于岩石节理的强度，以此来忽泥的变形影响。其余大理岩试样用于节理直剪试验及剪切流变试验。(1) 岩样制取试验所用的大理岩岩样取自河南省南召县某采石场，主要矿物成分为方解石云石和菱镁矿，灰色，粒径 0.2~5 mm，整体质地均匀。为减少试样物理力学的离散性，所有试样均取自同一岩块，且沿同一方向密集钻孔，依据岩石力验标准[52]要求，制成直径约 50 mm、长度约为 100 mm 的标准试样(图 2-1(a)样上、下表面平行度在 0.05 mm 以内，表面平面度在 0.02 mm 以内。采用磨制取标准水泥试验样品(图 2-1(b)、(c))。

岩石力学试验系统,超声波检测,分析仪,伺服

白云石和菱镁矿，灰色，粒径 0.2~5 mm，整体质地均匀。为减少试样物理力学性质的离散性，所有试样均取自同一岩块，且沿同一方向密集钻孔，依据岩石力学试验标准[52]要求，制成直径约 50 mm、长度约为 100 mm 的标准试样(图 2-1(a))，试样上、下表面平行度在 0.05 mm 以内，表面平面度在 0.02 mm 以内。采用磨具来制取标准水泥试验样品(图 2-1(b)、(c))。(a) 大理岩部分试样 (b) 水泥部分试样 (c) 制样磨具图 2-1 完整试样及制样磨具Fig.2-1 The complete samples and sample grinding tool(2) 试验设备图 2-2 为 RMT-150B 电液伺服岩石力学试验机和超声波检测分析仪。

劈裂,磨具,压力机

(a) 劈裂磨具图 2-6 劈裂Fig.2-6 Split Grinding (a) 60 t 压力机图 2-7 60 t Fig.2-7 60 t press and sam

【参考文献】