【摘要】：巖石在單軸壓縮和低圍壓三軸壓縮下出現(xiàn)體積膨脹(剪脹)現(xiàn)象是巖石材料所特有的變形規(guī)律。圍巖破碎帶產(chǎn)生的變形主要由破壞后的剪脹變形引起,基于此對破裂后巖石進(jìn)行試驗研究,分析其體積應(yīng)變即剪脹變形規(guī)律等力學(xué)性能,得出圍巖破裂帶的剪脹變形機理,同時巷道開挖過程中對圍巖破碎帶形成循環(huán)加卸載作用,為更好模擬巖石實際受力過程對巖石進(jìn)行峰后循環(huán)加卸載,也能幫助人們認(rèn)清巖石應(yīng)力應(yīng)變特性,為實際工程提供理論指導(dǎo)。通過對輝綠巖進(jìn)行常規(guī)三軸壓縮試驗和殘余強度段循環(huán)加卸載試驗,利用TAW-2000微機控制巖石三軸測試系統(tǒng)對輝綠巖剪脹特性、變形機理及強度特征進(jìn)行研究分析。主要得出以下結(jié)論:(1)輝綠巖變形特征三軸壓縮階段,孔隙裂隙壓密段結(jié)束點與線性壓密點在同一時刻發(fā)生,屈服極限與剪脹起始點在同一時刻發(fā)生,從而構(gòu)建其輝綠巖剪脹變形和應(yīng)力-應(yīng)變曲線的對應(yīng)關(guān)系。圍壓越大壓縮所產(chǎn)生的體積應(yīng)變越小,由此推知圍壓對巖石的壓縮具有抑制作用。剪脹起始點軸向應(yīng)變隨圍壓增大而增大,反映出圍壓對剪脹的發(fā)生具有延后作用。在殘余強度段循環(huán)加卸載中,在加載過程中,隨著軸向應(yīng)變的增加體積應(yīng)變也表現(xiàn)出和巖石峰前壓縮相似的變化形式,體積應(yīng)變先增大后減小即體積先減小后增大,每次加載都經(jīng)歷了先壓密再剪脹的過程。峰后循環(huán)加卸載過程中卸荷比較圍壓而言會對試件體積應(yīng)變產(chǎn)生較大影響。(2)輝綠巖強度特征破壞后巖石即峰值后巖石表現(xiàn)出的對圍壓變化的敏感性,說明巷道圍巖破碎后,支護(hù)阻力即使很小也可以較大幅度提高殘余強度。不同圍壓、不同卸荷比造成巖樣的殘余強度差值呈現(xiàn)不同變化特征,但殘余強度差值和循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律均可用統(tǒng)一形式公式擬合。(3)輝綠巖剪脹分析對于地下工程而言,從開挖自由面向圍巖深部延伸,剪脹角不是一個常數(shù),而是一個不斷演化的數(shù)值。在巖樣加載過程中,隨著變形增大,巖樣剪脹角隨之急劇增大;在巖樣進(jìn)入峰值強度后,剪脹角增大速率逐漸減小;隨著圍壓升高,曲線趨向平緩,即剪脹角隨圍壓增大的變化趨緩。峰值剪脹角和殘余剪脹角均隨圍壓增大而減小,這是由于圍壓越大破裂結(jié)構(gòu)面間形成的粗糙面相互咬合,剪斷需要的力越大,造成凸起尖端越容易被剪斷,使得內(nèi)部破裂巖石向上移動的法相位移分量越小。循環(huán)加卸載階段隨著循環(huán)次數(shù)增加,輝綠巖剪脹角均會降低,表明隨循環(huán)次數(shù)增加,巖石剪脹變形繼續(xù)發(fā)展,但剪脹效應(yīng)愈發(fā)衰減,是由于隨著循環(huán)次數(shù)的增加,巖石越發(fā)破碎,剪脹滑移也越來越不明顯。綜上所述,論文通過三軸壓縮試驗和殘余強度段循環(huán)加卸載試驗,從定性和定量連個角度分析剪脹效應(yīng)及強度特征,得出了具有創(chuàng)新性的研究成果,對理論研究、工程設(shè)計和實際施工具有一定理論意義和實際價值。
【圖文】：

即上下端面的不平整度誤差不大于０．０５＿；沿試件高度，直徑誤差不大逡逑于０．３＿；端面應(yīng)垂直與軸線，偏差角度不大于０．２５度。試件尺寸如表２－１所示，逡逑試件如圖２－１所示。逡逑表２－１試件尺寸逡逑Ｔａｂｌｅ２－１邋Ｓａｍｐｌｅ邋ｓｉｚｅ逡逑編號邋直徑／＞（ｍｍ）邋高度及（ｍｍ）邋質(zhì)量ｍ（ｇ）邋密度／＾（ｇ／ｃｍ３）逡逑３邐４９．２邐１００．２邐５４５．７邐２．８６６逡逑４邐４９．０邐９８．６邐５３８．０邐２．８９５逡逑５邐４８．８邐９９．７邐５４３．３邐２．９１５逡逑７邐４９．０邐９９．４邐５４３．０邐２．８９８逡逑９邐４９．０邐９９．４邐５４２．０邐２．８９３逡逑１１邐４９．０邐９９．３邐５４２．０邐２．８９６逡逑１３邐４９．０邐９９．４邐５４２．０邐２．８９３逡逑１５邐４９．０邐９９．７邐５４４．０邐２．８

２．３試驗設(shè)備介紹逡逑２．３．１試驗設(shè)備概述逡逑本次試驗采用ＴＡＷ－２０００微機控制巖石三軸測試系統(tǒng)，如圖２－２、圖２－３所示。逡逑此系統(tǒng)是巖石力學(xué)領(lǐng)域研宄巖石和混凝土在多種環(huán)境下的物理特性的先進(jìn)試驗設(shè)逡逑備。該機可以自動完成巖石和混凝土的單軸及三軸壓縮試驗、三軸孔隙水壓試驗、逡逑高、低溫環(huán)境下的三軸試驗等多種形式和功能試驗。ＴＡＷ－２０００微機控制巖石三軸逡逑測試系統(tǒng)的控制系統(tǒng)是由德國ＤＯＬＩ公司生產(chǎn)的ＥＤＣ全數(shù)字伺服測控器。采用此逡逑控制器是因為其設(shè)置了多個測量通道，在實驗中可以對其中任意一通道進(jìn)行閉環(huán)逡逑控制，還可以對控制通道進(jìn)行無沖擊轉(zhuǎn)換。采用此種控制器操作十分便捷，容錯能逡逑力強、測量精準(zhǔn)、保護(hù)系統(tǒng)完善、控制精度高。采用此控制器可以獨立進(jìn)行工作，逡逑也可以由計算機進(jìn)行控制進(jìn)行工作。逡逑本系統(tǒng)的主機加載框架采用優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛造的門框式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有非逡逑常高的剛度（＞ｌ0ＧＮ／ｍ）。本機可以完成多種形式的長時間試驗，在試驗中可以進(jìn)逡逑行試驗力控制（流變試驗）、變形控制（松弛試驗）、位移控制。本機的加載系統(tǒng)采逡逑用電液伺服系統(tǒng)，，這套加載系統(tǒng)用于常規(guī)單軸和三軸的各種試驗，這種加載方式的逡逑特點是，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，調(diào)整迅速，可以很好的控制單軸和三軸試驗中巖石破壞逡逑峰后的全過程試驗
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU45

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2644332