水-岩作用下三峡库区层理砂岩卸荷力学特性研究

发布时间：2017-11-22 02:13

  本文关键词：水-岩作用下三峡库区层理砂岩卸荷力学特性研究

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【摘要】：在库区的后期工程建设之中,不可避免的会遇到库岸边坡的爆破、开挖,这种开挖扰动会对边坡岩体造成一种持久的损伤劣化,同时在大坝建成后的运营期间内,水库的库水位会形成一定的消落带,在库水大幅度涨落的条件下,消落带部分岩土体周期性处于疏干和饱和交替的动态,这种浸泡-风干交替作用对岩土体来说是一种“疲劳作用”,最终将造成岩体性质的劣化,因此,有必要对水-岩作用下库岸边坡岩体的劣化效应进行研究。本文选取三峡库区典型库岸边坡消落带岩体为研究对象,在理论分析的基础之上,开展了考虑周期性的水-岩作用下层理砂岩的物理、力学性质的试验研究,旨在对不同层理砂岩试样在“浸泡-风干”循环作用下的卸荷力学特性进行详细的研究,论文的主要结论如下:(1)不同层理试样的声波测试和饱水密度测试的结果表明,不同层理方向纵波波速差异很大,平行层理试样的纵波波速明显大于垂直层理试样的纵波波速,并且随着水-岩作用的进行,两种层理试样的纵波波速均呈现下降的趋势。同时试样的饱水密度随着实验的进行逐渐变大。(2)对不同层理试样次生孔隙率的试验结果表明,总体而言,垂直层理砂岩试样的次生孔隙率略大于平行层理砂岩试样,两者均随着水-岩作用的进行逐渐变大,并且垂直层理试样的增加量更为显著。(3)通过分析每期水-岩作用后浸泡溶液中离子浓度的变化规律可知,Ca~(2+)、Na~+、K~+和SiO_2的浓度均发生较大变化;Na~+、Ca~(2+)和K+浓度一直处于上升的状态,但是速率越来越慢;SiO_2的浓度则不断下降。离子浓度的变化原因在于试样内部成分和浸泡溶液的水化学反应不断进行,且速率越来越缓。(4)单轴压缩试验结果表明,随着水-岩作用的进行,两种层理砂岩试样的单轴抗压强度、弹性模量和泊松比均呈现不同程度的弱化,并且垂直层理试样的弱化程度大于平行层理试样的弱化程度;同一水-岩作用周期内,垂直层理试样的单轴抗压强度、弹性模量要高于平行层理试样的,这说明层理方向对砂岩试样的力学性质有着显著的影响。(5)三轴加载试验结果表明,随着围压的升高,两种层理试样的三轴抗压强度都升高较为明显;随着水-岩作用的进行,同围压下试样的抗压强度逐渐衰弱,大致而言,低围压下衰弱幅度大于高围压下;对比两种不同层理砂岩试样而言,垂直层理试样的强度要高于平行层理的抗压强度。(6)单轴和三轴加载试验中,应力-应变曲线的走势大致相同,并且随着浸泡-风干作用次数的增加,试样破坏时对应的应变呈现逐渐增大的趋势,表明试样中在水-岩作用下逐渐变软,垂直层理试样的压密段较长,相对较软。(7)在水-岩作用下,不同层理岩样的抗压强度、弹性模量、粘聚力、内摩擦角和泊松比均逐渐衰减,不同围压下的峰值对应的轴向应变逐渐变大,且变化规律基本一致,劣化速度前期比较大,到后期逐渐趋于稳定试样力学性质的劣化情况可以通过函数0ln(1)by=y-a+N较好的拟合。(8)根据两种不同层理试样的三轴卸荷试验结果,结合考虑水-岩循环作用的影响,借助连续损伤力学和Weibull统计分布理论,对浸泡-风干循环作用下砂岩劣化过程进行描述,建立损伤演化方程,计算Weibull分布的参数m和F0,并将试验得到的应力-应变曲线与损伤本构模型计算的应力-应变曲线进行吻合对比,结果表明吻合程度较高。
【学位授予单位】：三峡大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV223

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本文编号：1213103