近年來,為滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速可持續(xù)發(fā)展,各類巖體工程尤其是地下工程日益增多,例如深部礦產(chǎn)開采、油氣開采、地?zé)衢_采、深埋長(zhǎng)隧道、二氧化碳地質(zhì)封存等。在上述深部巖體工程中,硬脆性巖體在開挖擾動(dòng)下容易發(fā)生脆性破壞,表現(xiàn)出與淺部低應(yīng)力條件下完全不同的力學(xué)行為和變形破壞機(jī)理,正確地理解巖石在不同應(yīng)力狀態(tài)下的破壞模式和破壞機(jī)理對(duì)工程設(shè)計(jì)、施工安全和運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定性至關(guān)重要。砂巖作為淺層地殼中最常見的組成部分,是一種重要的工程材料,同時(shí)是油、氣、熱等能源的主要載體。而且,砂巖由于其多孔特性,被認(rèn)為是溫室氣體地質(zhì)封存的理想介質(zhì)。在深部復(fù)雜賦存環(huán)境中,其變形破壞行為對(duì)圍巖穩(wěn)定性、油氣開采效率等起重要作用。因此,砂巖在真實(shí)地殼應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度與變形破壞機(jī)理,是目前深部巖體工程中亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。大量巖石力學(xué)原位試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)表明,巖石的脆性破壞過程與其內(nèi)部微裂紋的起裂、擴(kuò)展及貫通密切相關(guān),并伴隨巨大能量的迅速釋放。本文從室內(nèi)試驗(yàn)角度,針對(duì)硬脆性自貢砂巖開展巴西劈裂試驗(yàn)、單軸壓縮試驗(yàn)、常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)及真三軸壓縮試驗(yàn),利用聲發(fā)射監(jiān)測(cè)、電鏡掃描等技術(shù)手段,系統(tǒng)深入地研究該砂巖在不同應(yīng)力路徑下的強(qiáng)度與變形特性,... 

【文章來源】：北京科技大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：203 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１深部巖體脆性破壞現(xiàn)象??脆性破壞是深部巖體最主要的破壞形式，在高地應(yīng)力條件下，開挖卸荷??應(yīng)重，

盡管目前關(guān)于巖石脆性破裂過程的研究己取得豐碩成果，但由于加載備的局限性及控制方式的不合理，大多研宄無法獲得巖石的全應(yīng)力－應(yīng)變曲因此常常忽略了巖石試樣峰后破裂行為。得益于剛性試驗(yàn)機(jī)的成功研制，分學(xué)者成功獲得了一些軟弱巖石的全應(yīng)力－應(yīng)變曲線［４２，４３］，但針對(duì)某些硬（如花崗巖），人們?nèi)詿o法有效研宄其峰后力學(xué)行為。Ｗａｗｅｒｓｉｋ和Ｆａｉｒｆｕｒｓｔ［４根據(jù)巖石的峰后曲線特征，將巖石峰后力學(xué)行為分為兩類：Ｃｌａｓｓ?Ｉ和Ｃｌａｓｓ?ＩＩ。??如圖２－３（ａ）所示，兩類曲線的峰前行為可認(rèn)為是一致的，在峰后區(qū)域，ＣｌａｓＩ曲線主要表現(xiàn)為單調(diào)增大的軸向應(yīng)變而ＣｌａｓｓＩＩ曲線則表現(xiàn)為反向的軸向變。在能量方面，兩類峰后行為的差異則更為明顯。圖２－３（ｂ）中綠色三角為試樣在峰值應(yīng)力時(shí)所累積的彈性能（Ｗｅ），當(dāng)試樣進(jìn)入峰后階段時(shí)，部分性能逐漸轉(zhuǎn)化為破裂所需的能量（破裂能，ｄ＼Ｖｒ）。從圖２－３（ｂ）可以看出，當(dāng)些巖石表現(xiàn)為Ｃｌａｓｓ?Ｉ行為時(shí)，其在峰后所需的破裂能ｄ＼Ｖｒ大于從試樣中提的彈性能（Ｗｅ－Ｗｒｅ），這一類巖石在峰后階段仍需繼續(xù)施加荷載才能維持破的進(jìn)行，因此可認(rèn)為是穩(wěn)定且可控的。相比之下，對(duì)于另一些硬脆性巖石，??

脆性破裂的聲發(fā)射特征研宄則更少。Ｌｏｃｋｎｅｒ等［４９］采用聲發(fā)射率作為反饋信??號(hào)，開創(chuàng)性地研宄了花崗巖在常規(guī)三軸壓縮條件下峰后準(zhǔn)靜態(tài)破裂行為。如??圖２－４（ａ）所示，通過伺服系統(tǒng)不斷調(diào)整軸向應(yīng)力和變形，保持恒定的聲發(fā)射??事件率，成功實(shí)現(xiàn)了試樣峰后的準(zhǔn)靜態(tài)脆性破裂過程。圖２－４（ｂ）為圖２－４（ａ）??中各階段聲發(fā)射事件空間分布演化。其中，階段１對(duì)應(yīng)峰前擴(kuò)容階段，聲發(fā)??射事件均勻地分布在試樣內(nèi)部；階段ｉｉ對(duì)應(yīng)峰后起始區(qū)域，聲發(fā)射事件逐漸??聚集在試樣表面，與分叉理論（Ｂｉｆｉｉｒｃａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙ）［５ｌ］的預(yù)測(cè)結(jié)果及利用三維數(shù)??－８?－??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]砂質(zhì)泥巖在低溫劈裂試驗(yàn)中的聲發(fā)射研究[J]. 劉波,張功,李守定,李曉,徐薇,楊偉紅.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2016(S1)
[2]基于巴西劈裂試驗(yàn)的頁巖強(qiáng)度與破壞模式研究[J]. 楊志鵬,何柏,謝凌志,李存寶,王俊.  巖土力學(xué). 2015(12)
[3]多功能真三軸流固耦合試驗(yàn)系統(tǒng)的研制與應(yīng)用[J]. 尹光志,李銘輝,許江,王維忠,李文璞,李星,宋真龍,鄧博知.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2015(12)
[4]巖石應(yīng)力–滲流耦合真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的研制與應(yīng)用[J]. 尹立明,郭惟嘉,陳軍濤.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2014(S1)
[5]Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則研究進(jìn)展與應(yīng)用綜述[J]. 朱合華,張琦,章連洋.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2013(10)
[6]拉伸應(yīng)力狀態(tài)下花崗巖聲發(fā)射特征研究[J]. 李天一,劉建鋒,陳亮,徐進(jìn),王璐.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2013(S2)
[7]中尺寸巖樣真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)研制與應(yīng)用[J]. 李維樹,黃書嶺,丁秀麗,鐘作武,鄔愛清.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2012(11)
[8]巖體真三軸現(xiàn)場(chǎng)蠕變?cè)囼?yàn)系統(tǒng)研制與應(yīng)用[J]. 李維樹,周火明,鐘作武,張宜虎,郝慶澤.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2012(08)
[9]錦屏二級(jí)水電站深埋長(zhǎng)隧洞群的建設(shè)和工程中的挑戰(zhàn)性問題[J]. 吳世勇,王鴿.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2010(11)
[10]一種散粒體材料破壞準(zhǔn)則研究[J]. 肖楊,劉漢龍,朱俊高.  巖土工程學(xué)報(bào). 2010(04)

博士論文
[1]脆性巖石強(qiáng)度與變形特性研究[D]. 彭俊.武漢大學(xué) 2015
[2]真三軸卸載下深部巖體破裂特性及誘發(fā)型巖爆機(jī)理研究[D]. 杜坤.中南大學(xué) 2013
[3]粗粒土真三軸試驗(yàn)與本構(gòu)模型研究[D]. 施維成.河海大學(xué) 2008

碩士論文
[1]拉西瓦水電站地下廠房洞群監(jiān)測(cè)資料反演分析與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)研究[D]. 景茂貴.西安理工大學(xué) 2007
[2]錦屏二級(jí)水電站深埋特長(zhǎng)引水隧洞巖爆模擬及預(yù)測(cè)研究[D]. 王湘鋒.成都理工大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3033094