在實(shí)際工程中,巖土工程的主體與基礎(chǔ)經(jīng)常會(huì)遭遇循環(huán)荷載作用,而巖石變形破壞過程中的本質(zhì)是能量積聚與耗散,因此從能量角度研究巖石在循環(huán)荷載作用下的性能具有重要的意義。本文利用WDT-1500多功能材料試驗(yàn)機(jī),進(jìn)行砂巖試樣在不同應(yīng)力幅值、不同圍壓、不同加載頻率、不同尺寸與不同應(yīng)變速率條件下的循環(huán)荷載試驗(yàn),并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行研究分析,得出的主要結(jié)論如下:(1)通過對砂巖試樣在不同應(yīng)力幅值下的循環(huán)荷載試驗(yàn)進(jìn)行研究,分析加、卸載過程中砂巖能量演化的規(guī)律。結(jié)果表明,隨著循環(huán)次數(shù)的增加,總能量與彈性能不斷增加,而耗散能卻逐漸減小。此外,當(dāng)應(yīng)力幅值由15MPa增加到55MPa時(shí),巖樣破壞時(shí)能量、彈性能、耗散能的增幅分別為234.47%、216.23%、99.04%。(2)分別分析了圍壓和加載頻率對砂巖變形破壞過程中能量特性的影響。結(jié)果表明,圍壓的增大,提高了砂巖試樣能量積聚與耗散的能力,使能量、耗散能、彈性能的極限值隨之增加,并且試樣的累積總能量、累積彈性能、累積耗散能均隨之增加。頻率的增大使試樣破壞前累積總能量增加,當(dāng)頻率為0.5Hz、1.0Hz、2.0Hz和4.0Hz時(shí),試樣達(dá)到破壞時(shí)累積總能量相繼增加了293.80%、53.38%、170.89%。(3)基于不同應(yīng)變速率與不同尺寸下的砂巖循環(huán)荷載試驗(yàn),對巖樣吸收的能量、耗散能進(jìn)行計(jì)算與分析。在循環(huán)加載過程中,砂巖試樣的能量、耗散能與高徑比呈負(fù)相關(guān),與應(yīng)變速率呈正相關(guān)。此外,砂巖試樣的累積總能量、累積耗散能隨累積殘余應(yīng)變的增大而增加。(4)根據(jù)砂巖循環(huán)破壞過程中耗散能與循環(huán)次數(shù)的演化規(guī)律,從熵守恒與能量守恒定律出發(fā)建立了耗散能模型,利用Origin軟件進(jìn)行非線性擬合,將試驗(yàn)數(shù)據(jù)與擬合結(jié)果進(jìn)行對比分析,驗(yàn)證了耗散能模型的準(zhǔn)確性。
【學(xué)位單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TU45
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 巖體研究的發(fā)展與現(xiàn)狀
        1.2.1 巖石在循環(huán)荷載作用下的力學(xué)特性研究
        1.2.2 巖石在循環(huán)荷載作用下的能量特征研究
        1.2.3 巖石在循環(huán)荷載作用下的疲勞特性研究
    1.3 本文研究的主要內(nèi)容與技術(shù)路線
        1.3.1 主要內(nèi)容
        1.3.2 技術(shù)路線
2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
    2.1 試樣制備
    2.2 試樣系統(tǒng)
        2.2.1 概述
        2.2.2 試驗(yàn)機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)
        2.2.3 試驗(yàn)機(jī)數(shù)據(jù)的測量與處理
    2.3 試驗(yàn)方案
    2.4 本章小結(jié)
3 不同應(yīng)力幅值下砂巖能量特性研究
    3.1 砂巖總能量特性
        3.1.1 能量與循環(huán)次數(shù)特性分析
        3.1.2 能量與殘余應(yīng)變特性分析
    3.2 砂巖耗散能特性
        3.2.1 耗散能與循環(huán)次數(shù)特性分析
        3.2.2 耗散能與殘余應(yīng)變特性分析
    3.3 砂巖彈性能特性
        3.3.1 彈性能與循環(huán)次數(shù)特性分析
        3.3.2 彈性能與殘余應(yīng)變特性分析
    3.4 砂巖累積總能量特性
        3.4.1 累積總能量與循環(huán)次數(shù)特性分析
        3.4.2 累積總能量與累積殘余應(yīng)變特性分析
    3.5 砂巖累積耗散能特性
        3.5.1 累積耗散能與循環(huán)次數(shù)特性分析
        3.5.2 累積耗散能與累積殘余應(yīng)變特性分析
    3.6 砂巖累積彈性能特性
        3.6.1 累積彈性能與循環(huán)次數(shù)特性
        3.6.2 累積彈性能與累積殘余應(yīng)變特性分析
    3.7 本章小結(jié)
4 不同圍壓下砂巖能量特性研究
    4.1 砂巖能量特性
    4.2 砂巖耗散能特性
    4.3 砂巖彈性能特性
    4.4 不同圍壓下砂巖累積總能量特性
        4.4.1 累積總能量與循環(huán)次數(shù)特性分析
        4.4.2 累積總能量與累積殘余應(yīng)變特性分析
    4.5 砂巖累積耗散能特性
        4.5.1 累積耗散能與循環(huán)次數(shù)特性分析
        4.5.2 累積耗散能與累積殘余應(yīng)變特性分析
    4.6 砂巖累積彈性能特性
        4.6.1 累積彈性能與循環(huán)次數(shù)特性分析
        4.6.2 累積彈性能與累積殘余應(yīng)變特性分析
    4.7 本章小結(jié)
5 不同頻率下砂巖能量特性研究
    5.1 砂巖能量特性
        5.1.1 能量與循環(huán)次數(shù)特性分析
        5.1.2 耗散能與循環(huán)次數(shù)特性分析
    5.2 砂巖累積總能量特性
        5.2.1 累積總能量與循環(huán)次數(shù)特性分析
        5.2.2 累積總能量與累積殘余應(yīng)變特性分析
    5.3 砂巖累積耗散能特性
        5.3.1 累積耗散能與循環(huán)次數(shù)特性分析
        5.3.2 累積耗散能與累積殘余應(yīng)變特性分析
    5.4 本章小結(jié)
6 不同尺寸效應(yīng)與應(yīng)變速率下砂巖能量特性研究
    6.1 不同尺寸效應(yīng)下砂巖能量特性
        6.1.1 能量特性分析
        6.1.2 耗散能特性分析
        6.1.3 累積總能量特性分析
        6.1.4 累積耗散能特性分析
    6.2 不同應(yīng)變速率下砂巖能量特性
        6.2.1 能量特性分析
        6.2.2 砂巖耗散能特性分析
        6.2.3 累積總能量特性分析
        6.2.4 累積耗散能特性分析
    6.3 本章小結(jié)
7 循環(huán)荷載作用下砂巖耗散能模型的建立
    7.1 循環(huán)荷載下耗散能模型
    7.2 耗散能理論在預(yù)測砂巖疲勞壽命中的運(yùn)用
    7.3 本章小結(jié)
8 結(jié)論與展望
    8.1 結(jié)論
    8.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)

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