【摘要】：循環(huán)荷載作用下巖石的力學(xué)性能涉及到地鐵、隧道等地下工程的施工、邊坡巖體的開(kāi)挖加固、地下硐室的多次爆破開(kāi)挖以及煤礦工作面的開(kāi)采施工等多個(gè)領(lǐng)域。目前,有關(guān)巖石在循環(huán)荷載作用下的損傷演化規(guī)律,并結(jié)合聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的研究仍然較少。本文基于巖石力學(xué)理論,進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn),并結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù),開(kāi)展的工作和所得出的主要結(jié)論如下:首先,采用材料試驗(yàn)機(jī)MTS815對(duì)花崗巖試樣開(kāi)展了單軸和常規(guī)三軸壓縮實(shí)驗(yàn),研究了華山花崗巖的強(qiáng)度、變形特征以及能量耗散規(guī)律,結(jié)果表明:此花崗巖表現(xiàn)出明顯的脆性特征,在三軸下軸向應(yīng)力-應(yīng)變曲線的“上凹”現(xiàn)象相比于單軸變得不明顯;花崗巖的彈性模量和峰值應(yīng)變隨著圍壓的增大而不斷增大;單軸下巖石內(nèi)部?jī)?chǔ)存的彈性應(yīng)變能峰值后幾乎瞬間都轉(zhuǎn)化為耗散能,劈裂破壞特征明顯,而三軸下巖樣耗散能占吸收能的比例隨圍壓提高逐漸增大,表現(xiàn)為整體剪切破壞;且吸收能、耗散能及儲(chǔ)能極限均與圍壓間存在著良好的線性關(guān)系。接著,開(kāi)展了單軸和三軸循環(huán)加卸載試驗(yàn)。探討了花崗巖在循環(huán)荷載作用下的強(qiáng)度、變形、聲發(fā)射特征以及損傷特性,結(jié)果表明:三軸循環(huán)壓縮下應(yīng)力-軸向應(yīng)變曲線滯回環(huán)的“遷移”現(xiàn)象相比于單軸不太明顯;峰值強(qiáng)度和峰值應(yīng)變與圍壓間呈現(xiàn)良好的線性增長(zhǎng)關(guān)系;前五次的循環(huán)下加載、卸載段的彈性模量和泊松比都隨著循環(huán)次數(shù)的增大而增大,而在最后一次加載段彈性模量有所降低;在單軸循環(huán)下,每一次加卸載階段對(duì)應(yīng)的損傷-時(shí)間曲線都會(huì)出現(xiàn)平臺(tái),而三軸下則并未出現(xiàn)明顯的平臺(tái),表明巖樣損傷保持平緩增長(zhǎng)�；谒苄詰�(yīng)變與能量耗散定義得到損傷參數(shù)的結(jié)果較為吻合。最后,采用RFPA~(2D)(Realistic Failure Process Analysis 2D)軟件進(jìn)行了花崗巖單軸與三軸單調(diào)壓縮及單軸循環(huán)壓縮試驗(yàn)過(guò)程的數(shù)值模擬。結(jié)果表明:試樣在單軸單調(diào)壓縮下發(fā)生最終破裂時(shí),表現(xiàn)為拉伸型聲發(fā)射,對(duì)錐形破壞特征明顯;三軸壓縮模擬中,試樣破裂模式隨著圍壓的增加逐漸由張拉破壞向壓剪破壞過(guò)渡,聲發(fā)射類型也從拉伸型聲發(fā)射向壓剪型聲發(fā)射轉(zhuǎn)變;單軸循環(huán)載荷下試樣表現(xiàn)為軸向劈裂破壞,聲發(fā)射類型為拉伸型聲發(fā)射。數(shù)值模擬能較好地再現(xiàn)室內(nèi)試驗(yàn)中巖石的Kaiser效應(yīng)和破壞特征,且不同圍壓下模擬得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線與試驗(yàn)曲線具有較高的吻合度,但彈性模量和峰值應(yīng)力計(jì)算值要略低于室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果。
【圖文】：

技術(shù)路線圖

高 100mm 的圓柱體試樣（如圖2.1 所示），其端面不平行度控制在 0.05mm 以內(nèi)，，在試樣整個(gè)高度上直徑誤差不超過(guò) 0.3mm。利用中巖科技有限公司生產(chǎn)的 RSM-SYS5 超聲檢測(cè)分析儀（圖 2.2）對(duì)自然狀態(tài)下的試樣進(jìn)行波速密度測(cè)試，縱波波速在 3846~4255m/s 之間，如圖 2.3 所示。圖 2.1 加工完成的花崗巖試樣Fig 2.1 Photo of granite samples圖 2.2 超聲檢測(cè)分析儀Fig 2.2 Ultrasonic inspection analyzer
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU45

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2619447