水对花岗岩瞬时强度及时效变形破坏影响研究

发布时间：2020-11-21 19:29

　　随着岩石工程建设迅速发展,岩石工程稳定性问题也逐渐受到大家关注,而影响岩体稳定性的一个重要因素就是蠕变。当受到较低应力时,岩石往往会出现蠕变现象,而在水环境下,更加明显。这种现象将会直接影响工程的功能和使用,比如岩石工程的时效性问题、核废料处置库围岩选取和空区顶板监测等问题。所以,急需对不同水和应力组合作用下岩石的蠕变特征进行深入研究,力求多角度揭示岩石的蠕变特征。本文将从室内实验研究和理论本构分析两个方面来进行。通过实验研究得到花岗岩的基本力学参数,并系统地研究不同水和应力组合作用下花岗岩单轴蠕变行为;通过理论分析引入一个新压缩蠕变非线性本构模型,使用花岗岩单轴蠕变试验结果进行参数分析,从而将花岗岩试验结果曲线和模型拟合出曲线进行对比,从而证明模型准确性。(1)在探讨花岗岩蠕变特性之前,根据已有花岗岩试样,设计吸水性实验,得到不同泡水时间后花岗岩吸水率曲线,并对不同含水率下的花岗岩试样进行了单轴压缩、间接拉伸的岩石瞬时力学特性试验,从而获得花岗岩的各项基本力学特性参数。结果显示,随着含水率的升高,岩石的拉压强度逐渐减少,弹性模量在吸水率升高前期出现明显降低,而后趋于稳定,峰值应变也逐渐降低,破坏形态出现明显差别。相同含水率密封放置两天后的花岗岩抗压强度降低,说明水的位置分布对花岗岩强度的影响。(2)根据研究需要,对花岗岩进行了不同水和应力组合作用下花岗岩单轴压缩蠕变试验,主要是自然、干燥、力-水、水-力及泡水后密封的花岗岩蠕变试验。通过分析花岗岩蠕变结果发现,随着加载水平增大,花岗岩破坏时间减短,第二阶段稳定蠕变应变率增大,第三阶段加速蠕变更快出现。不同加载水平下花岗岩蠕变应变率不同,通过实验数据分析得到,花岗岩第二阶段稳定蠕变应变率、第三阶段加速蠕变应变率均与加载水平呈现正相关性。同时,不同水和应力组合作用下试样蠕变结果表明,先加力后加水条件下试样更快破坏。这一结果与实际工程有所区别,以往研究过高预估了岩石在水中的长期稳定性,对以后的工程设计和施工维护提供一定的参考依据。(3)根据花岗岩第三阶段试样结果,引入一个新压缩蠕变非线性本构模型,能够反映花岗岩第三阶段加速蠕变。通过不同加载水平及含水状态下花岗岩蠕变数据得到模型参数,然后将蠕变应变-时间曲线与拟合出的曲线对比,验证模型准确性。花岗岩试样结果表明,该非线性压缩蠕变模型可以很好地拟合花岗岩蠕变初始、稳定和加速阶段,同时对红砂岩试样结果曲线拟合,从而证明模型具有较为广泛地适用性。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU45
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 岩石强度研究现状
        1.2.2 岩石压缩蠕变特性研究
    1.3 本文拟定的主要研究内容
    1.4 技术路线
2 水对花岗岩瞬时强度的影响研究
    2.1 岩石材料构成及其物理性质
        2.1.1 花岗岩试样特征
        2.1.2 花岗岩物理性质
    2.2 花岗岩力学性质
        2.2.1 试验步骤及流程
        2.2.2 花岗岩吸水性试验
        2.2.3 花岗岩单轴抗压强度试验研究
        2.2.4 花岗岩抗拉强度试验研究
        2.2.5 不同路径花岗岩泡水强度对比
    2.3 本章小结
3 水对花岗岩时效变形破坏的影响研究
    3.1 引言
    3.2 岩石材料的蠕变性质
        3.2.1 流变性
        3.2.2 岩石蠕变经典曲线
    3.3 试验设计方案及步骤
    3.4 不同水和应力组合作用下下花岗岩单轴压缩蠕变试验
        3.4.1 自然状态下花岗岩单轴压缩蠕变试验
        3.4.2 干燥冷却后花岗岩单轴蠕变试验
        3.4.3 先加水后加力作用下花岗岩单轴压缩蠕变实验
        3.4.4 先加力后加水作用下花岗岩单轴蠕变实验
        3.4.5 泡水后密封花岗岩单轴蠕变实验
    3.5 不同水和应力组合作用下蠕变结果分析
        3.5.1 蠕变曲线对比
        3.5.2 岩石长期强度
        3.5.3 蠕变应变率
    3.6 本章小结
4 岩石材料非线性压缩蠕变本构模型及验证
    4.1 引言
    4.2 线性蠕变模型
        4.2.1 线性元件基本力学特性
        4.2.2 岩石典型线性蠕变模型
    4.3 岩石非线性蠕变本构模型研究
        4.3.1 岩石非线性蠕变模型建立方法
        4.3.2 岩石非线性压缩蠕变模型建立
    4.4 岩石非线性蠕变本构模型验证
        4.4.1 自然和干燥状态下花岗岩蠕变参数识别和拟合分析
        4.4.2 不同水和应力组合作用下花岗岩蠕变参数识别和拟合分析
        4.4.3 岩石非线性压缩蠕变模型在其他岩石中的应用
    4.5 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

【参考文献】

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