本文選題：層狀巖體　切入點：軟弱夾層　出處：《青島科技大學》2015年博士論文

【摘要】：層狀巖體是巖體工程中常見的對象,夾層是其特殊形式。當夾層較弱,產(chǎn)狀傾斜時,會對巖體的整體力學性能形成削弱,進而對以其為圍巖的巖體工程穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響,且會隨著工程的建設和運營而持續(xù)存在。由于取樣困難,運輸和加工過程中各種損耗和破壞,天然的層狀復合巖體樣本往往難以足量獲取,客觀上導致了對其力學性能研究的缺乏。本文著眼于基礎研究,不針對具體的工程項目,以含傾斜軟弱夾層復合巖體為研究對象,通過人工復合巖體代替天然巖體進行實驗,對其強度特性和蠕變特性展開研究。論文的主要研究內容和結論如下:(1)推導了含水平軟弱夾層復合巖體試件在單、三軸壓縮下的應力分量解析解,分別給出了夾層、主巖體以及交界面處的應力分布。認為不同厚度比的復合巖體,破壞模式不同;厚夾層比薄夾層容易破壞;高圍壓時比低圍壓時強度更高;并給出了單、三軸壓縮時潛在的破壞模式。進一步地,推導了含傾斜軟弱夾層復合巖體應力分量解析解。認為夾層上交界面的頂端和下交界面的底端,較其他區(qū)域更容易破壞;隨著傾角增大,材料的強度先減小后增大;有圍壓時比無圍壓時更不易破壞;主巖體比夾層更不易破壞;并給出了單軸壓縮時潛在的破壞模式。(2)研制了一種含層理標準試件批量壓型機構。各分層材料、傾角、層厚、層位等可控,一次成型數(shù)量可調,同批次均勻性好,整體可拆卸,適合小批量成型,可與普通壓力機適配,在層理控制、成型效率、成型質量、使用便利等方面有明顯優(yōu)勢。選擇三種常見的沉積巖組合,即頁巖、砂巖和石灰?guī)r為模擬對象,以水泥、石膏、砂為模擬材料,制備出兩類含不同強度夾層的人工復合巖體試件。(3)通過對兩類復合巖體進行單、三軸壓縮實驗,得到軟弱夾層特征對復合巖體強度特性的影響規(guī)律。認為夾層厚度越大,巖體抗壓強度和彈性模量越低;保持夾層總厚度不變,夾層數(shù)目越多,強度越大,各分層破壞幾率相同;在給定的夾層傾角范圍內,傾角增大對巖體的強度有削弱作用,但對于不同類型復合巖體,存在不同的特征角,超過該角時,削弱作用會逐漸減弱,Ⅰ類巖體的特征角大于Ⅱ類巖體;圍壓增大對巖體的強度有強化作用,在一定的塑性變形范圍內,即使夾層破壞,復合巖體的整體承載力依然可以維持。(4)通過數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)開挖后,開挖輪廓面臨近區(qū)域的巖體處于單向應力狀態(tài),且不論輪廓面形狀、地應力大小和方向如何,主應力方向總是與輪廓曲線相切。認為對于含有軟弱夾層的巖體工程,需要特別關注軟弱夾層的產(chǎn)狀,以及夾層在開挖面上的出露位置與主應力的方向。(5)通過對兩類復合巖體進行單軸壓縮蠕變實驗,發(fā)現(xiàn)Ⅱ類巖體比Ⅰ類巖體在破壞前承受的應力水平更高;蠕變破壞強度小于同一巖體單軸抗壓強度。兩類巖體的當級蠕變量都隨應力水平升高,逐漸增大,且向高應力區(qū)發(fā)散;當級瞬時應變量隨應力水平升高,逐漸降低,且向高應力區(qū)收斂;夾層傾角與當級蠕變量和當級瞬時應變,沒有確定性關系。同一應力水平下,含夾層巖體的絕對應變量,當級蠕變量和當級瞬時應變量介于夾層材料和主巖體材料相應值之間。實踐中,可在獲得后兩者蠕變特性基礎上,作適當?shù)奶幚?應用于含夾層巖體。最后,選擇成熟的蠕變模型對實驗數(shù)據(jù)進行擬合,并通過數(shù)值模擬驗證了其可用性。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：青島科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TU45

【參考文獻】

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本文編號：1691909