為研究循環(huán)荷載作用下大理巖的力學(xué)變形特性、裂隙體變、擴(kuò)容特性和劣化損傷規(guī)律,采用電液伺服三軸試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了不同圍壓下大理巖的分級(jí)和常幅循環(huán)加卸載試驗(yàn),論文主要研究工作包括分級(jí)循環(huán)加卸載試驗(yàn)研究、常幅循環(huán)加卸載試驗(yàn)研究和損傷變量的討論三個(gè)方面:(一)分級(jí)循環(huán)加卸載試驗(yàn)研究(1)從大理巖分級(jí)循環(huán)加卸載試驗(yàn)的應(yīng)力應(yīng)變曲線入手,分析了大理巖相關(guān)力學(xué)變形性質(zhì)。隨循環(huán)次數(shù)增加,大理巖平均彈性模量先快速增大后逐漸減小;泊松比先緩慢增加后快速增大,由0.2左右增大至0.5左右。將每次加載總體變和裂隙體變從全曲線中分離出來(lái),發(fā)現(xiàn)隨著循環(huán)次數(shù)增加出現(xiàn)裂隙閉合閾值、裂隙萌生閾值和裂隙發(fā)展閾值幾乎重合的新現(xiàn)象。隨圍壓增加,峰值應(yīng)力時(shí)刻彈性體變?cè)诳傮w變中所占比例越來(lái)越小,裂隙體變占比越來(lái)越大。相對(duì)于單調(diào)加載,循環(huán)加卸載使大理巖產(chǎn)生更多不可恢復(fù)的次生裂隙。(2)對(duì)比不同圍壓下常規(guī)加載和循環(huán)加卸載試驗(yàn)大理巖剪脹角和擴(kuò)容指數(shù)。發(fā)現(xiàn)圍壓較小時(shí),單調(diào)加載和循環(huán)加載試驗(yàn)大理巖擴(kuò)容指數(shù)相差不大;圍壓較大時(shí),循環(huán)荷載作用下大理巖的擴(kuò)容指數(shù)遠(yuǎn)大于單調(diào)加載,同時(shí)其破壞模式由單調(diào)加載試驗(yàn)下的剪切破壞轉(zhuǎn)變?yōu)檠h(huán)加卸載試驗(yàn)下的鼓狀剪脹破壞。對(duì)常規(guī)加載試驗(yàn)的擴(kuò)容指數(shù)擬合公式進(jìn)行改造得到符合循環(huán)加卸載試驗(yàn)的擬合公式。(3)將每次加卸載曲線的滯回環(huán)提取出來(lái)并計(jì)算其能量耗散,發(fā)現(xiàn)隨著循環(huán)應(yīng)力上限的提高滯回環(huán)形狀由細(xì)長(zhǎng)柳葉形轉(zhuǎn)變?yōu)轱枬M的梭子型,滯回環(huán)的能量耗散量、耗散速率和耗散率隨著應(yīng)力上限的提高先緩慢增加后快速增加。(二)常幅循環(huán)加卸載試驗(yàn)研究(1)由試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)出各組常幅循環(huán)加卸載試驗(yàn)大理巖的殘余軸向應(yīng)變、殘余體積應(yīng)變、平均彈性模量和泊松比的數(shù)據(jù),研究其隨循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律。在不同的圍壓和應(yīng)力比的作用下,大理巖的殘余軸向應(yīng)變和殘余體積應(yīng)變隨著循環(huán)次數(shù)的增加呈現(xiàn)相似的變化趨勢(shì),且變化趨勢(shì)隨巖樣的損傷程度變化呈現(xiàn)兩種不同的規(guī)律:1)在循環(huán)中發(fā)生破壞的大理巖樣,其殘余軸向應(yīng)變和殘余體積應(yīng)變隨著循環(huán)次數(shù)的增加最初快速增加后緩慢增加最后快速增加;2)在循環(huán)中未破壞的巖樣,其殘余軸向應(yīng)變和殘余體積應(yīng)變隨著循環(huán)次數(shù)的增加最初快速增加后逐漸趨緩并保持穩(wěn)定。大理巖在不同圍壓下和應(yīng)力比循環(huán)試驗(yàn)下大理巖的平均彈性模量和泊松比隨循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律也呈現(xiàn)相似的規(guī)律,且隨試驗(yàn)中大理巖的損傷程度呈現(xiàn)兩種不同的變化規(guī)律:1)在循環(huán)過(guò)程中發(fā)生破壞的大理巖樣,平均彈性模量隨著循環(huán)次數(shù)的增加先增大后逐漸較小,泊松比隨著循環(huán)次數(shù)的增加最初快速增加后逐漸趨緩最后快速增加;2)在循環(huán)過(guò)程中未發(fā)生破壞的大理巖樣,平均彈性模量隨著循環(huán)次數(shù)的增加最初快速增加后逐漸趨緩,泊松比隨著循環(huán)次數(shù)的增加最初快速增加后逐漸趨緩并保持穩(wěn)定。(2)在單次加載過(guò)程中,大理巖的軸向應(yīng)變速率隨著軸向應(yīng)變和應(yīng)力的增加均呈現(xiàn)最初逐漸減小并保持相對(duì)穩(wěn)定后逐漸增加的扁“u”型變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)大理巖每次加載初始段的軸向應(yīng)變速率可以反映大理巖的劣化過(guò)程。(3)統(tǒng)計(jì)出每組試驗(yàn)大理巖每次加載初始階段的軸向應(yīng)變速率,發(fā)現(xiàn)在循環(huán)過(guò)程中發(fā)生破壞和未發(fā)生破壞的大理樣加載初始階段的軸向應(yīng)變速率隨著循環(huán)次數(shù)的增加均呈現(xiàn)兩種不同的變化規(guī)律。破壞的巖樣:1)圍壓較低應(yīng)力比較高時(shí)其隨循環(huán)次數(shù)的增加先減小后快速增加;2)圍壓和應(yīng)力比相對(duì)較低時(shí),其隨著循環(huán)次數(shù)的增加最初減小后逐漸增加并趨緩最后快速增加。未破壞的巖樣:1)隨著循環(huán)次數(shù)的增加最初減小后逐漸增加并保持穩(wěn)定;2)隨著循環(huán)次數(shù)的增加最初減小后快速增加后又逐漸減小并保持相對(duì)穩(wěn)定。(三)損傷變量的討論(1)分析了現(xiàn)有損傷變量計(jì)算損傷度時(shí)存在的不足,定義了新的損傷變量計(jì)算方法,結(jié)合分級(jí)循環(huán)加卸載試驗(yàn)和常幅循環(huán)加卸載試驗(yàn)驗(yàn)證了重新定義的損傷變量的實(shí)用性和優(yōu)越性。(2)發(fā)現(xiàn)單調(diào)加載發(fā)生破壞的巖樣、循環(huán)過(guò)程中未發(fā)生破壞最終增加軸向應(yīng)力壓壞的巖樣和循環(huán)很少次數(shù)就破壞的大理巖樣的破壞模式均為剪切破壞模式,此類巖樣的損傷變量均小于1,其中循環(huán)過(guò)程中發(fā)生破壞的大理巖樣剪切面之間的粉末狀顆粒最多,單調(diào)加載直到破壞的巖樣剪切面之間的顆粒物最少。循環(huán)較多次數(shù)發(fā)生破壞的大理巖樣的破壞模式均為“X”型破壞模式,且存在大量的碎塊和顆粒狀粉末,其損傷變量均大于1。
【學(xué)位單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU45
【部分圖文】：

第 1 章 緒論第 1 章 緒論1.1 問(wèn)題的提出隨著一帶一路計(jì)劃的實(shí)施，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)新的階段，高速鐵路公路工程、水利水電工程、礦山巷道和高邊坡開挖工程及隧道和地下工程等日益增多，同時(shí)近年來(lái)備受矚目的高放射性廢料處置[1-4]、增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)開發(fā)[5-7]、地下能源儲(chǔ)庫(kù)[8-10]等新興大型地下工程也逐漸開展。這些工程的建設(shè)過(guò)程實(shí)質(zhì)上也就是巖石承受反復(fù)荷載的過(guò)程[11, 12]，在這些工程中很多是我們未曾做過(guò)的大型和超大型工程，給我們的生產(chǎn)工作帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，同時(shí)面臨的巖石（體）工程復(fù)雜問(wèn)題日趨增多，暴露了很多巖石（體）力學(xué)未曾研究到的一些問(wèn)題。

（a） 伺服控制柜 (b) 計(jì)算機(jī)界面圖 2.3 三軸試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)2.3 巖樣加工及安裝巖石試樣的質(zhì)量是決定試驗(yàn)效果的關(guān)鍵因素之一，本研究所用巖樣均選用取自廣西的白色粗晶粒大理巖，為了保證巖樣的均勻一致性，避免產(chǎn)生離散現(xiàn)象，每次試驗(yàn)所用的巖樣盡量選自同一塊巖石上采下來(lái)的巖塊，且據(jù)肉眼觀察，選擇顏色一致，質(zhì)地均勻，無(wú)雜質(zhì)，少裂隙，完整性和均勻性較好的巖塊。巖石試樣從巖石本身的選材到巖石標(biāo)準(zhǔn)式樣的制備需要有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的流程和標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能保證試樣的差異性在允許的范圍內(nèi)。為保證巖石試樣的質(zhì)量，要經(jīng)過(guò)鉆、切、磨三道工序，涉及的相關(guān)器材主要有鉆芯機(jī)、切石機(jī)和磨平機(jī)分別如圖 2.4、2.5 和 2.6 所示。

伺服控制柜 (b) 計(jì)算機(jī)界面圖 2.3 三軸試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)樣加工及安裝試樣的質(zhì)量是決定試驗(yàn)效果的關(guān)鍵因素之一，本研究所用巖的白色粗晶粒大理巖，為了保證巖樣的均勻一致性，避免產(chǎn)試驗(yàn)所用的巖樣盡量選自同一塊巖石上采下來(lái)的巖塊，且據(jù)一致，質(zhì)地均勻，無(wú)雜質(zhì)，少裂隙，完整性和均勻性較好的試樣從巖石本身的選材到巖石標(biāo)準(zhǔn)式樣的制備需要有一個(gè)標(biāo)，這樣才能保證試樣的差異性在允許的范圍內(nèi)。為保證巖石過(guò)鉆、切、磨三道工序，涉及的相關(guān)器材主要有鉆芯機(jī)、切如圖 2.4、2.5 和 2.6 所示。

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1 馬若涓 ,鄭長(zhǎng)卿,鄭秀芳;損傷變量選擇的探討[J];長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(建筑與環(huán)境科學(xué)版);1988年01期

2 J.L.Chaboche,俞稼i

本文編號(hào)：2835036