【摘要】：材料疲勞損傷特性的研究已有幾十年的歷史,然而對巖石類材料的疲勞損傷特性研究還是剛剛起步,巖石在循環(huán)動載作用下的疲勞損傷規(guī)律還不夠清晰,理論體系還不夠完善。鑒于三峽庫區(qū)在頻發(fā)微震作用下的邊坡穩(wěn)定性分析的需要,本文依托國家自然科學基金項目“微震頻發(fā)對三峽庫區(qū)巖質(zhì)邊坡動力疲勞損傷機理及穩(wěn)定性研究”(41372356),以邊坡砂巖為研究對象,采用文獻查閱、室內(nèi)試驗、理論分析及數(shù)值模擬等方法系統(tǒng)的研究了砂巖在循環(huán)動載作用下的疲勞損傷特性;建立了考慮頻率、應力水平等影響的多因素砂巖疲勞壽命預測模型,以及剛度衰減模型,并將兩者運用于邊坡穩(wěn)定的動力影響因素研究及敏感性分析的數(shù)值計算中。對循環(huán)動載作用下巖體的破壞機理研究具有一定的意義。論文的主要研究工作及成果如下:(1)砂巖疲勞損傷試驗表明:砂巖疲勞壽命隨著上限應力水平的降低而增加,與上限應力的對數(shù)呈線性關系,由此建立了基于-曲線的疲勞壽命估算模型。試驗結果表明,疲勞壽命受應力水平的影響非常大,應力水平越高疲勞壽命越短。加載頻率對巖石疲勞壽命也有影響,在1~3Hz范圍內(nèi),巖石疲勞壽命會隨著動載頻率的增大而增大,疲勞壽命的對數(shù)與加載頻率的對數(shù)呈線性關系,其本質(zhì)原因是加載速率對巖石強度的影響。通過考慮頻率對巖石強度的影響,引入對應力水平的修正系數(shù),由此建立了多因素條件下疲勞壽命的估算模型。(2)砂巖全應力應變曲線控制變形量與其疲勞極限變形之間非常接近,即控制點和破壞點之間非常接近;在加載頻率為1~3Hz范圍內(nèi),砂巖的極限變形量基本相同,由此說明了加載頻率對砂巖疲勞破壞時極限變形的影響較小。(3)砂巖動態(tài)彈性模量及循環(huán)加載峰值應力對應的應變均呈現(xiàn)三階段衰減規(guī)律,在只考慮前兩階段的情況下,采用回歸分析,建立了基于剩余剛度的砂巖疲勞損傷演化規(guī)律。并結合邊坡工程的特點,采用FLAC3D對巖石剩余剛度疲勞損傷模型進行二次開發(fā),建立了一套適用于邊坡疲勞損傷破壞的計算方法,將其應用于后續(xù)的數(shù)值分析中。(4)利用動力強度折減法,對一個具有兩組隨機裂隙的巖質(zhì)邊坡進行了動力穩(wěn)定性分析,主要從循環(huán)動載頻率、循環(huán)動載幅值、循環(huán)動載持時及循環(huán)動載波形四個方面探討了邊坡動力穩(wěn)定性的變化規(guī)律。(5)采用正交設計試驗,選取了四因素三水平形成了9組正交設計計算方案,利用FLAC3D計算得到各組的動力穩(wěn)定安全系數(shù)。以此為指標,通過極差分析和方差分析得到了各影響因素的敏感性分析結果:循環(huán)動載持時影響因素的敏感性最高,循環(huán)動載幅值影響因素的敏感性次之,循環(huán)動載頻率的敏感性略高于循環(huán)動載波形。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU45
【圖文】：

（c）反力架 （d）加載頭圖 2.1 疲勞試驗加載設備Fig. 2.1 Loading equipment of fatigue tests2.2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（a）應力采集箱 （b）應變采集箱圖 2.2 應力應變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

18（a）應力采集箱 （b）應變采集箱圖 2.2 應力應變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Fig. 2.2 Stress-strain data acquisition system由于砂巖屬于脆性巖石，試樣發(fā)生破壞時其軸向變形一般較小。一般而言，

19C（切割機） D（M250 數(shù)控磨床） E（波速測試儀）圖 2.3 試樣加工設備圖Fig. 2.3 Machining equipment of rock samples本次試驗使用的砂巖試樣均在重慶大學煤礦災害動力學與控制國家重點試驗

【參考文獻】

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本文編號：2770166