發(fā)布時間：2018-10-20 20:08

【摘要】：隨著各類巖土工程越來越多,在工程施工和使用期間,巖土工程的基礎(chǔ)和主體結(jié)構(gòu)常常會遭遇循環(huán)荷載作用,所以研究巖石在循環(huán)荷載作用下的破壞特性,即是完善巖石在復雜應力作用下的力學特性理論研究,又是目前巖土工程領(lǐng)域的前沿問題,保證現(xiàn)實工程的安全、穩(wěn)定性具有重要意義。本文以某水利水電工程地區(qū)的灰?guī)r為研究對象,采用聲波測試儀和MTS-815巖石剛性試驗系統(tǒng),對灰?guī)r進行了五種室內(nèi)試驗(聲波試驗、靜態(tài)單軸、三軸壓縮試驗以及動態(tài)單軸、三軸循環(huán)荷載試驗)。著重分析了循環(huán)荷載作用下,灰?guī)r處于不同變形區(qū)時的力學特性,并對比分析了灰?guī)r在不同加載條件下的力學特性以及宏觀破壞機理,然后通過灰?guī)r在循環(huán)荷載作用下的動應力—應變曲線,分析了灰?guī)r在不同變形區(qū)時的能量演化規(guī)律,最終利用循環(huán)荷載試驗結(jié)果,建立了灰?guī)r基于內(nèi)變量理論的疲勞本構(gòu)模型以及基于現(xiàn)有資料和前人資料提出了該模型針對不同巖石在一定條件下的簡化本構(gòu)模型。本文的主要結(jié)論有:(1)通過灰?guī)r靜態(tài)單軸壓縮條件下所得試件應力—應變關(guān)系曲線,可將峰值強度前曲線形態(tài)分為兩種形式(即:可明顯顯示塑性變形型和不明顯顯示塑性變形型),峰值強度后變形曲線可分為三種形式(即:應力快速跌落型、應力跌落回升型、應力多級跌落型);靜態(tài)三軸壓縮條件時,應力—應變曲線跟單軸時相似,在2~6MPa圍壓時,峰值前曲線多顯示出塑性變形階段,峰值后曲線多表現(xiàn)出應力跌落回升型,在8~12MPa圍壓時,峰值前曲線多不顯示塑性變形階段,峰值后曲線多表現(xiàn)出應力快速跌落型和多級跌落型;動態(tài)單軸、三軸循環(huán)試驗條件下,破壞試件應力—應變曲線有高度的相似性,在剪縮區(qū)時應力—應變曲線都由稀疏到密集,在剪脹區(qū)時應力—應變曲線再由密集到稀疏變化。并通過非代表值測值舍棄標準,得到靜態(tài)單軸壓縮條件下灰?guī)r的抗壓強度為175MPa,彈性模量為23.6GPa,泊松比為0.1。(2)灰?guī)r在動態(tài)單軸、三軸循環(huán)荷載試驗條件下,當處于不同變形區(qū)時各變形參數(shù)隨著循環(huán)周次的演化規(guī)律相似。在剪縮區(qū)時,動彈性模量隨著循環(huán)周次的增加逐漸增加,動泊松比、殘余軸向應變、殘余體積應變逐漸減小。在臨近臨界荷載值時,動彈性模量和動泊松比相對變化不大,而殘余軸向應變、殘余體積應變逐漸變大。在剪脹區(qū)時,動彈性模量逐漸減小,動泊松比、殘余軸向應變、殘余體積應變逐漸增大。(3)灰?guī)r在動態(tài)單軸、三軸循環(huán)荷載試驗條件下,各變形參數(shù)隨著軸向振動荷載的演化規(guī)律相似。動彈性模量、動泊松比隨著軸向振動荷載的增加逐漸增加,但殘余軸向應變和殘余體積應變逐漸變小。(4)灰?guī)r在0~4MPa圍壓時,動彈性模量隨著圍壓的增大先逐漸增加再降低,而動泊松比先減小再逐漸增大;當圍壓在4~8MPa時,動彈性模量隨著圍壓的增加逐漸變大,動泊松比逐漸減小。在0~8MPa圍壓下,殘余軸向應變與殘余體積應變隨著圍壓的逐漸增加均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。(5)通過不同試驗條件下灰?guī)r的宏觀破壞情況可以得出:在靜態(tài)單軸試驗條件下,灰?guī)r的破壞形式主要是以張拉破壞為主;靜態(tài)三軸壓縮條件下,當圍壓在0~4MPa時,主要是以張拉和剪切破壞為主,當圍壓大于4~12MPa時,主要以壓碎破壞和單一剪切面破壞形式為主;單軸循環(huán)荷載作用下巖石的破壞形式主要為張拉破壞;三軸循環(huán)荷載條件下,灰?guī)r的破壞形態(tài)主要以剪切破壞為主�；�?guī)r各試驗條件下抗壓強度關(guān)系有:R靜三R動三,R靜單R動單,R靜三R靜單,R動三R動單,這說明動荷載對實際工程中巖體的穩(wěn)定性影響較大,通過試驗數(shù)據(jù)得出了灰?guī)r靜態(tài)試驗條件下的抗剪強度參數(shù)粘聚力為46.39MPa,內(nèi)摩擦角為50.39°,動態(tài)試驗條件下的粘聚力為15.95MPa,內(nèi)摩擦角為63.41°。(6)灰?guī)r在動態(tài)單軸、三軸循環(huán)荷載試驗條件下,當處于不同變形區(qū)時各能量參數(shù)隨著循環(huán)周次的演化規(guī)律相似。當試件處于剪縮區(qū)軸向振動荷載或者臨近臨界荷載作用時,單位體積能和單位體積彈性變形能隨著循環(huán)周次的增加變化不大,而單位體積耗散能卻逐漸減小,彈性能量指數(shù)逐漸增加;當試件處于剪脹區(qū)軸向振動荷載作用時,單位體積能隨著循環(huán)周次的增加逐漸減小,單位體積彈性變形能逐漸增加;單位體積耗散能仍呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢;彈性能量指數(shù)仍呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。(7)灰?guī)r在動態(tài)單軸、三軸循環(huán)荷載試驗條件下,各能量參數(shù)隨著軸向振動荷載的增加都呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢;通過對灰?guī)r在不同變形區(qū)時各能量參數(shù)隨著圍壓的演化規(guī)律分析可知:當處于剪縮區(qū)軸向振動荷載作用時,單位體積能隨著圍壓的逐漸增加變化不大,單位體積彈性變形能呈現(xiàn)逐漸減小,從而可知單位體積耗散能逐漸增加,彈性能量指數(shù)逐漸減小;當處于剪脹區(qū)軸向振動荷載作用時,單位體積能隨著圍壓的逐漸增加逐漸減小,單位體積彈性變形能仍逐漸減小,單位體積耗散能逐漸增加,彈性能量指數(shù)逐漸減小。(8)當灰?guī)r變形進入剪脹區(qū)后,即使卸載到剪縮區(qū)進行試驗,此時試件力學性質(zhì)仍表現(xiàn)出剪脹區(qū)時的力學特性。(9)根據(jù)循環(huán)荷載作用下灰?guī)r的應力—應變曲線,選用殘余軸向應變?yōu)閮?nèi)變量,建立了適合灰?guī)r的內(nèi)變量疲勞本構(gòu)模型,并利用現(xiàn)有資料和前人研究資料提出了適合不同巖性和一定條件下的內(nèi)變量簡化本構(gòu)模型,并對模型參數(shù)取值進行了詳細分析,最終利用origin軟件對循環(huán)荷載作用下灰?guī)r的內(nèi)變量疲勞本構(gòu)模型和簡化模型進行了驗證。根據(jù)擬合結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)的對比分析,證明了各模型的合理性。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU452

【參考文獻】

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本文編號：2284260