加卸荷条件下岩石相似材料力学特性研究

发布时间：2023-03-19 13:01

　　在矿山深部施工和开采的过程中,由于开挖卸荷的作用使岩石内部高地应力所聚集的能量释放,使开挖的巷道发生失稳破坏,在极端情况下,大量的弹性能以动能的形式瞬间释放,导致岩体爆裂,并伴随着岩块的弹射,产生岩爆。本文通过设计正交试验、极差分析以及线性和非线性回归等综合手段研制了岩石相似材料,并进行了相似模拟材料真三轴加卸荷试验,以此分析了其强度、变形、破坏等特征;研究了不同三向应力环境下岩石内部裂纹的萌发和扩展过程以及声发射的分布规律。本文取得的研究成果主要如下:(1)通过设计正交试验和极差分析,分析了相似材料混合物各指标因素对相似材料的力学参数的影响程度。结果表明:掺砂率对试件的单轴抗压强度最大;硼砂含量对试件的抗拉强度、弹性模量影响最为显著;其他因素,例如石膏水泥比、掺水率等对相似试件的力学参数也有一定的影响。(2)通过将相似材料的配比作为自变量,相似材料的各力学参数作为因变量,建立相似材料力学参数多元线性回归和投影寻踪非线性拟合预测模型。结果表明:相似材料的配比与力学参数之间存在显著的非线性关系,而投影寻踪回归模型对这种非线性关系的处理能力较线性回归模型强,能够满足对特定相似材料力学参数的...

【文章页数】：127 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题的来源及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 岩石相似材料的研究现状
        1.2.2 岩石真三轴试验研究进展
        1.2.3 岩石加卸荷研究进展
    1.3 主要存在的问题
    1.4 研究内容与技术路线
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 技术路线
第二章 岩石相似模拟材料制作
    2.1 前言
    2.2 相似材料正交试验
        2.2.1 岩石相似模拟材料选取标准
        2.2.2 相似材料正交试验设计
        2.2.3 原材料的选取
        2.2.4 相似材料的制作
        2.2.5 相似材料力学试验
        2.2.6 相似材料力学试验结果
    2.3 相似材料影响因素的敏感性分析
        2.3.1 单轴抗压强度的影响因素分析
        2.3.2 抗拉强度的影响因素分析
        2.3.3 抗压抗拉比的影响因素分析
        2.3.4 弹性模量的影响因素分析
    2.4 本章小结
第三章 相似材料力学参数的拟合与预测
    3.1 拟合预测方案设计
    3.2 预测模型的基本原理
        3.2.1 多元回归分析原理
        3.2.2 投影寻踪回归分析原理
    3.3 模型性能评价
    3.4 多元线性回归
        3.4.1 多元线性回归建立
        3.4.2 多元线性回归结果分析
    3.5 投影寻踪回归
        3.5.1 投影寻踪回归模型建立
        3.5.2 投影寻踪回归结果分析
    3.6 岩石相似材料的配比的确定及其制作
        3.6.1 岩石相似材料的选取标准
        3.6.2 相似模型配比的确定
        3.6.3 岩石相似材料的制作
    3.7 本章小结
第四章 相似模拟材料真三轴加卸荷试验
    4.1 试验目的
    4.2 试验方案
    4.3 三向初始应力水平的选择
    4.4 相似试件物理参数的测定
    4.5 力学试验主要设备系统
        4.5.1 液压控制系统
        4.5.2 声发射监测系统
        4.5.3 计算机操控系统
    4.6 试验步骤及操作流程
        4.6.1 试验步骤
        4.6.2 操作流程
    4.7 真三轴加卸载试验试件对应围压的选择
    4.8 本章小结
第五章 岩石相似材料加卸荷力学特性研究
    5.1 灰岩相似材料应力-应变特征分析及破坏过程分析
        5.1.1 灰岩相似模型的应力-应变曲线
        5.1.2 灰岩相似材料不同初始应力条件下破坏过程分析
    5.2 白云岩相似试验应力-应变特征分析及破坏过程分析
        5.2.1 白云岩相似材料的应力-应变曲线
        5.2.2 白云岩相似材料不同初始应力条件下破坏过程分析
    5.3 相似模拟材料真三轴加载条件下弹塑性变化研究
        5.3.1 灰岩相似材料弹性模量变化研究
        5.3.2 白云岩相似材料弹性模量变化研究
    5.4 不同初始应力条件下试样应力脆性特征变化分析
        5.4.1 应力脆性跌落系数的确定
        5.4.2 峰值应变、残余应变以及残余强度与初始应力的关系
        5.4.3 应力脆性跌落系数
    5.5 不同初始应力水平对试件峰值强度的影响
    5.6 岩石相似材料声发射特征及其破坏机制分析
        5.6.1 灰岩相似模拟材料的声发射计数分析
        5.6.2 灰岩相似模拟材料的声发射过程能量分析
        5.6.3 灰岩相似模拟材料的声发射RA值及破坏机制分析
        5.6.4 白云岩相似模拟材料的声发射计数分析
        5.6.5 白云岩相似模拟材料的声发射过程能量分析
        5.6.6 白云岩相似模拟材料的声发射RA值及破坏机制分析
        5.6.7 不同初始应力水平加卸荷对试件的损伤程度的声发射研究
    5.7 岩石相似试件破坏的宏观特征及其机理分析
        5.7.1 灰岩相似材料破坏后的宏观特征及其机理分析
        5.7.2 白云岩相似材料破坏后的宏观特征及其破坏机理分析
    5.8 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录：攻读硕士学位期间发表的论文、参与科研项目及获奖情况



本文编号：3765294