冻融环境下砂岩蠕变特性及其模型研究

发布时间：2023-03-29 21:08

　　为探究寒区工程在冻融循环和长期荷载共同作用下的变形特性,本文以陕西红砂岩为研究对象,进行不同冻融循环条件下的电镜扫描、常规三轴压缩及三轴分级加卸载蠕变试验。研究冻融循环对岩石细观结构、力学特性及蠕变特性的影响。建立冻融环境下红砂岩冻融-损伤蠕变模型。本文主要研究如下:(1)对饱和红砂岩进行冻融循环及电镜扫描试验,研究冻融循环次数对岩石纵波波速、损伤演化及细观结构的影响规律。试验结果表明:随着冻融循环次数的增加岩样纵波波速呈指数型降低,而冻融损伤变量、岩石内部孔隙平均长度及平均面积却呈指数型增长。(2)开展不同冻融循环作用后的红砂岩常规三轴压缩试验,研究冻融循环及围压对岩石力学特性及变形特性的影响。结果表明:随着冻融循环次数的增加,岩石三轴抗压强度及弹性模量呈指数型减小,而峰值应变却呈指数型增加;围压对岩石弹性模量的影响与冻融次数有关。冻融次数较少时,弹性模量随围压的增长呈线性增加,而冻融次数较多时却呈指数型增长;岩石三轴抗压强度随围压的增加呈指数型增长。(3)采用TAW-1000微机控制岩石三轴蠕变试验机,对不同冻融循环条件下的红砂岩进行三轴分级加卸载蠕变试验,研究冻融循环及围压对红砂...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题背景及研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 岩石冻融损伤研究现状
        1.2.2 温度及水环境下岩石蠕变特性研究现状
        1.2.3 岩石蠕变模型研究现状
    1.3 主要研究内容及技术路线
        1.3.1 本文主要研究内容
        1.3.2 技术路线
2 冻融环境下红砂岩损伤特性研究
    2.1 冻融循环试验概况
        2.1.1 岩样制备
        2.1.2 冻融循环试验方案
    2.2 冻融环境下红砂岩损伤演化规律
        2.2.1 冻融循环对红砂岩质量、波速的影响
        2.2.2 冻融损伤变量与循环次数的关系
    2.3 冻融循环对红砂岩细观结构的影响
    2.4 本章小结
3 冻融环境下红砂岩常规三轴力学特性研究
    3.1 常规三轴压缩试验概况
        3.1.1 试验仪器
        3.1.2 试验方案及流程
    3.2 常规三轴压缩试验结果分析
        3.2.1 冻融循环及围压对红砂岩变形特性的影响
        3.2.2 冻融循环及围压对红砂岩弹性模量的影响
        3.2.3 冻融循环及围压对红砂岩三轴抗压强度的影响
    3.3 红砂岩常规三轴破坏模式
    3.4 本章小结
4 冻融环境下红砂岩三轴蠕变特性研究
    4.1 分级加卸载蠕变试验概况
        4.1.1 试验仪器
        4.1.2 试验方案及流程
    4.2 分级加卸载蠕变数据处理方法及试验结果
        4.2.1 分级加卸载蠕变数据处理方法
        4.2.2 分级加卸载蠕变试验结果
    4.3 冻融循环对红砂岩蠕变特性的影响
        4.3.1 冻融循环对红砂岩瞬时变形的影响
        4.3.2 冻融循环对红砂岩蠕变变形的影响
        4.3.3 冻融循环对岩石蠕变速率的影响
    4.4 围压对红砂岩蠕变特性的影响
        4.4.1 围压对瞬时变形特性的影响
        4.4.2 围压对蠕变变形的影响
        4.4.3 围压对岩石蠕变速率的影响
    4.5 冻融循环对红砂岩长期强度的影响
    4.6 红砂岩加卸载蠕变破坏模式
    4.7 本章小结
5 红砂岩冻融-损伤蠕变模型研究
    5.1 冻融-损伤蠕变本构模型的构建
        5.1.1 考虑冻融作用及蠕变损伤的非线性粘性元件
        5.1.2 冻融-损伤蠕变模型的建立
    5.2 冻融-损伤蠕变模型的蠕变本构方程
        5.2.1 一维应力状态下模型蠕变方程
        5.2.2 三维应力状态下模型蠕变方程
    5.3 冻融-损伤蠕变模型参数辨识及验证
    5.4 冻融循环对模型参数的影响
    5.5 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3774483