【摘要】：很多的地下工程實(shí)踐中,巖體既不是純?nèi)渥?也不是純應(yīng)力松弛,而是隨著時(shí)間的增加,應(yīng)力和應(yīng)變同時(shí)發(fā)生變化,表現(xiàn)出時(shí)間依存性,導(dǎo)致巖體最終破壞,這種現(xiàn)象用一般的蠕變和應(yīng)力松弛很難解釋清楚。本文以自主研發(fā)的能實(shí)現(xiàn)應(yīng)力歸還法控制的伺服試驗(yàn)系統(tǒng)開(kāi)展Ⅰ和Ⅱ類巖石的強(qiáng)度荷載速率依存性、楊氏模量荷載速率依存性和廣義應(yīng)力松弛試驗(yàn)。采用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、理論分析、數(shù)值計(jì)算與工程實(shí)際相結(jié)合的方法,用廣義應(yīng)力松弛來(lái)分析應(yīng)力和應(yīng)變隨時(shí)間同時(shí)變化這種流變現(xiàn)象,系統(tǒng)研究了廣義應(yīng)力松弛的流變行為和力學(xué)機(jī)制,為隧道圍巖、地下巖爆和山體滑坡等這種漸進(jìn)破壞過(guò)程提供理論依據(jù),闡明不同條件下巖石的時(shí)間效應(yīng)。構(gòu)建了考慮時(shí)間效應(yīng)的可變模量本構(gòu)方程,對(duì)巖石強(qiáng)度、楊氏模量荷載速率依存性和廣義應(yīng)力松弛試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,預(yù)測(cè)工程壽命,探尋復(fù)雜條件下廣義應(yīng)力松弛的工程意義。本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:1)基于伺服控制試驗(yàn)原理,自主研發(fā)了應(yīng)力歸還法控制的伺服試驗(yàn)系統(tǒng)。通過(guò)變阻器硬件技術(shù),把應(yīng)力和應(yīng)變的線性組合信號(hào)作為控制變量反饋給伺服閥,實(shí)現(xiàn)應(yīng)力歸還法控制,為研究廣義應(yīng)力松弛特性提供了一種新的試驗(yàn)手段;2)開(kāi)展Ⅰ類巖石(田下凝灰?guī)r、荻野凝灰?guī)r)和Ⅱ類巖石(江持安山巖、井口砂巖)不同荷載條件下強(qiáng)度和楊氏模量荷載速率依存性試驗(yàn),分析不同區(qū)域荷載速率依存性,研究單軸壓縮、直接拉伸和巴西劈裂條件下強(qiáng)度、楊氏模量拉壓特征的相似性,對(duì)比分析Ⅰ類和Ⅱ類巖石全應(yīng)力-應(yīng)變曲線演化特性,并對(duì)拉壓荷載條件下的破壞模式進(jìn)行初步探析;3)開(kāi)展Ⅰ類巖石(田下凝灰?guī)r)和Ⅱ類巖石(井口砂巖和花崗巖)廣義應(yīng)力松弛試驗(yàn),研究廣義應(yīng)力松弛的流變特征、揭示廣義應(yīng)力松弛力學(xué)機(jī)制。對(duì)不同荷載條件、不同應(yīng)力水平、不同方向系數(shù)和不同巖性的廣義應(yīng)力松弛流變特征進(jìn)行對(duì)比分析研究。用廣義應(yīng)力松弛理論研究巖爆的孕育過(guò)程、發(fā)生機(jī)理和動(dòng)態(tài)效應(yīng),揭示“流變-破壞”的動(dòng)態(tài)演化規(guī)律,探尋復(fù)雜荷載條件下廣義應(yīng)力松弛工程物理意義;4)基于Maxwell模型,構(gòu)建考慮時(shí)間效應(yīng)的可變模量本構(gòu)方程,求解不同荷載條件下方程的解,獲得強(qiáng)度、楊氏模量的荷載速率模型,分析本構(gòu)方程中各參數(shù)物理意義,通過(guò)試驗(yàn)法獲得本構(gòu)方程中參數(shù)值;5)用構(gòu)建的可變模量本構(gòu)方程對(duì)強(qiáng)度、楊氏模量荷載速率依存性和廣義應(yīng)力松弛試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。對(duì)比分析Ⅰ類和Ⅱ類巖石的時(shí)間依存性,預(yù)測(cè)工程壽命。
【圖文】：

圖 2.1 I 類和 II 類巖石完整的應(yīng)力應(yīng)變曲線Fig.2.1 Complete stress-strain curves of Class I and Class II roc控制力應(yīng)變曲線與控制線ii Ct有唯一的交點(diǎn)，從而應(yīng)應(yīng)變曲線；II 類巖石，控制線 在峰前與應(yīng)力峰后區(qū)域，控制線 與應(yīng)力應(yīng)變曲線有多個(gè)交穩(wěn)定的控制 II 類巖石，如圖 2.2 所示。

圖 2.1 I 類和 II 類巖石完整的應(yīng)力應(yīng)變曲線Fig.2.1 Complete stress-strain curves of Class I and Class II rocks 應(yīng)變速率控制I 類巖石，應(yīng)力應(yīng)變曲線與控制線ii Ct有唯一的交點(diǎn)，，從而應(yīng)變速率控制能獲得完整的應(yīng)力應(yīng)變曲線；II 類巖石，控制線 在峰前與應(yīng)力應(yīng)變曲線有唯一的交點(diǎn)，但在峰后區(qū)域，控制線 與應(yīng)力應(yīng)變曲線有多個(gè)交點(diǎn)，從而應(yīng)變加載在峰后不能穩(wěn)定的控制 II 類巖石，如圖 2.2 所示。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU45

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2523884