【摘要】：由于在深部地下工程開挖與支護(hù)的過程中,圍巖的含水率會(huì)發(fā)生改變,這將對(duì)深部巖體的長期穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。以淮南礦業(yè)集團(tuán)朱集東煤礦-906m處粉砂巖為研究對(duì)象,通過干濕循環(huán)作用模擬含水率變化,開展不同干濕循環(huán)條件下粉砂巖的蠕變?cè)囼?yàn),探究圍巖含水率變化對(duì)深部巖體長期穩(wěn)定性的影響。進(jìn)而為深部地下工程結(jié)構(gòu)的開挖和支護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。主要結(jié)論如下:(1)開展了粉砂巖試件的單軸壓縮試驗(yàn),在加載初期,試件處于壓密狀態(tài),應(yīng)力應(yīng)變曲線呈上凹型,隨后進(jìn)入彈性階段,該階段應(yīng)力應(yīng)變曲線近似呈直線關(guān)系,彈性階段結(jié)束后試件進(jìn)入相對(duì)較短的塑性屈服階段,并在其末期試件達(dá)峰值強(qiáng)度后發(fā)生突然的脆性破壞,經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn),試件的主破壞面均近乎平行于試件的軸向,此外,還存在少量的局部剪切破壞面。(2)開展了干濕循環(huán)作用后粉砂巖的單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn),結(jié)果表明,粉砂巖試件在應(yīng)力施加的瞬間產(chǎn)生軸向瞬時(shí)變形,之后隨應(yīng)力的逐級(jí)增加,蠕變曲線的斜率增大,主要表現(xiàn)出減速蠕變和等速蠕變,繼續(xù)施加軸向應(yīng)力,試件的蠕變特性越來越明顯,加載至最后一級(jí)時(shí),試件的軸向變形隨時(shí)間的發(fā)展逐漸增大,表現(xiàn)出巖石蠕變的三個(gè)階段特征,并在加速蠕變段破壞;隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增多,粉砂巖的瞬時(shí)應(yīng)變和蠕變應(yīng)變整體都呈增大趨勢,軸向穩(wěn)態(tài)蠕變速率呈現(xiàn)非線性增大,蠕變?nèi)虤v時(shí)逐漸減小,減速蠕變段和加速蠕變段歷時(shí)占全程歷時(shí)的比例逐漸升高,瞬時(shí)變形模量降低,破壞形態(tài)呈現(xiàn)出張拉脆性破壞向剪切破壞轉(zhuǎn)化的特征。(3)開展不同圍壓狀態(tài)下干濕循環(huán)6次后的巖石試件的壓縮蠕變?cè)囼?yàn),發(fā)現(xiàn)在相同的應(yīng)力下,隨圍壓的增大,粉砂巖瞬時(shí)應(yīng)變、蠕變應(yīng)變和蠕變應(yīng)變速率逐漸減小,瞬時(shí)變形模量逐漸增大,表明圍壓對(duì)粉砂巖的變形具有約束作用。(4)根據(jù)干濕循環(huán)作用后的粉砂巖單軸壓縮蠕變曲線的特點(diǎn),采用廣義開爾文鏈模型,利用Origin軟件擬合得出不同應(yīng)力水平下的蠕變參數(shù),并將其代入模型中,發(fā)現(xiàn)所得結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)可很好地?cái)M合,說明該模型能夠很好地反映干濕循環(huán)作用后深部粉砂巖的蠕變特征。(5)根據(jù)巖石的蠕變機(jī)理,提出了一個(gè)非線性粘性元件,將其與已有的圣維南體并聯(lián)起來,得到能描述粉砂巖非線性蠕變特征的粘彈性體,并將其與廣義開爾文鏈模型結(jié)合,建立一個(gè)可以全面反映三個(gè)蠕變階段特征的非線性粘彈塑性模型,利用數(shù)據(jù)對(duì)所建立的模型進(jìn)行參數(shù)識(shí)別,結(jié)果表明該模型可以合理地描述干濕循環(huán)后粉砂巖的蠕變特征。
【圖文】：

2 巖石流變理論2.1 巖石流變現(xiàn)象隨著地下巖體工程向深部發(fā)展，大型地下硐室、巷道圍巖的變形、失穩(wěn)以及破壞并不是立即發(fā)生的，而是隨著服務(wù)年限的推移逐漸出現(xiàn)的，使得耗費(fèi)巨大人力物力建成的工程不能正常投入使用，例如巷道由于圍巖隨時(shí)間變形可能引起襯砌破壞甚至可能導(dǎo)致巷道喪失使用，因而，，深入了解深部巖石的流變特性是迫切的。巖石流變是指巖石在外部環(huán)境不變的條件下，力與變形隨時(shí)間緩慢變化的過程，包括蠕變、應(yīng)力松弛、流變特征和長期強(qiáng)度[83-84]。而巖石的蠕變特性是目前較為普遍的研究方向。借助蠕變?cè)囼?yàn)得出恒定應(yīng)力水平下的應(yīng)變-時(shí)間關(guān)系，即蠕變曲線，圖 2-1 為巖石典型的蠕變曲線。

圖 3-1 粉砂巖試件Fig.3-1 Siltstone samples表 3.1 粉砂巖試件的聲波測試結(jié)果ble 3.1 Results of acoustic wave test for siltstone samp密度 g/cm32.64 2.64 2.44 2.64 2.62 2.62 2.64 2.61
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU45

【參考文獻(xiàn)】

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1 蔣昱州;王瑞紅;朱杰兵;曾平;;砂巖的蠕變與彈性后效特性試驗(yàn)研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2015年10期

2 左清軍;吳立;李波;陸中s

本文編號(hào)：2697617