發(fā)布時(shí)間：2017-05-21 11:03

  本文關(guān)鍵詞：孔隙率對(duì)軟巖相似材料破壞影響的試驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前,各項(xiàng)重大的工程項(xiàng)目諸如南水北調(diào)工程、三峽開發(fā)工程、西氣東輸以及青藏鐵路工程等都進(jìn)行了大面積的巖土開挖,且隨著開挖深度的不斷增加,工程中涉及到的軟巖也逐漸增多,圍巖支護(hù)問題和軟巖流變現(xiàn)象更加突出,這些都給施工人員和施工設(shè)備帶來了巨大的安全隱患。所以,針對(duì)于軟巖的研究刻不容緩�？紫堵首鳛橛绊憥r石水理、熱學(xué)性質(zhì)及力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo),具有很大的研究價(jià)值。開挖深度的加大,使得地質(zhì)環(huán)境更加復(fù)雜,同時(shí)也增加了取樣成本,若仍完全采用真實(shí)巖石作為研究對(duì)象,顯然不太實(shí)際。地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)作為一種復(fù)雜工程問題的研究手段,它基于相似原理制作相似模型,通過對(duì)模型進(jìn)行試驗(yàn),可以為巖土工程更加深入的研究提供可能。本文基于國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“多場(chǎng)耦合深部軟巖固流轉(zhuǎn)化理論及能耗規(guī)律的研究”(51374134),經(jīng)過對(duì)大量軟巖相似材料試件進(jìn)行各項(xiàng)物理力學(xué)試驗(yàn)來研究孔隙率對(duì)軟巖相似材料破壞所產(chǎn)生的影響。本文所做的主要工作如下:基于地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)相似原理,選擇一定的幾何相似比尺,對(duì)沉積巖中的頁巖進(jìn)行模擬。本文制備了一批具有五種不同孔隙率的軟巖相似材料試件,并求得了一系列模型試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)滿足的參數(shù)范圍。經(jīng)過單軸壓縮試驗(yàn)、巴西劈裂試驗(yàn)和三軸壓縮試驗(yàn)驗(yàn)證了本文制備的五種不同孔隙率的軟巖相似材料各項(xiàng)參數(shù)基本符合依據(jù)相似原理所求得的參數(shù)范圍。通過以上三種試驗(yàn),得到結(jié)論:軟巖相似材料的單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量、三軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、粘聚力和內(nèi)摩擦角均隨著孔隙率的增大而減小;軟巖相似材料的泊松比隨著孔隙率的增大而增大。對(duì)試件進(jìn)行了反復(fù)加卸載試驗(yàn),得到結(jié)論:隨著孔隙率的增大,塑性滯回能逐漸變大,即試件在加卸載過程中以內(nèi)部裂隙的閉合、材料的屈服、破壞、斷裂、損傷以及裂隙面的滑移摩擦等形式而消散掉的能量增多。通過對(duì)五種不同孔隙率中的三種進(jìn)行單軸及三軸蠕變?cè)囼?yàn),得到結(jié)論:三種不同孔隙率的軟巖相似材料的蠕變曲線與真實(shí)巖石的蠕變曲線具有較好的相似性,大致可以分為三個(gè)階段,即初始蠕變階段,穩(wěn)定蠕變階段以及加速蠕變階段;隨著孔隙率的減小,破壞載荷的值逐漸增加,且軸向應(yīng)變的值也逐漸增大。在三軸蠕變?cè)囼?yàn)的基礎(chǔ)上,利用ANSYS軟件對(duì)軟巖巷道進(jìn)行蠕變分析,得到結(jié)論:隨著孔隙率的增大,最終的蠕變值減小,且蠕變?cè)隽恐饾u減小,蠕變趨于穩(wěn)定。通過模擬后發(fā)現(xiàn):巷道的頂板與底板的應(yīng)變較為明顯,證明可能發(fā)生頂板脫落與底鼓現(xiàn)象,與工程實(shí)際相吻合。
【關(guān)鍵詞】：孔隙率 相似 力學(xué)特性 蠕變 ANSYS 模擬
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU45
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 選題背景、目的及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-17
• 1.2.1 軟巖的定義、分類及特性11-13
• 1.2.2 軟巖相似理論的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 巖石單軸抗壓、抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)研究成果14-16
• 1.2.4 能量耗散試驗(yàn)研究成果16
• 1.2.5 軟巖蠕變?cè)囼?yàn)研究成果16-17
• 1.3 本文研究目的、內(nèi)容及意義17-19
• 2 相似理論的研究19-30
• 2.1 相似理論19-21
• 2.1.1 相似三定理19
• 2.1.2 相似理論的推導(dǎo)方法19-21
• 2.2 軟巖模型試驗(yàn)相似理論的推導(dǎo)21-29
• 2.2.1 模型試驗(yàn)方法及其特點(diǎn)21
• 2.2.2 試驗(yàn)中相似理論的推導(dǎo)21-29
• 2.3 本章小結(jié)29-30
• 3 不同孔隙率軟巖相似材料的制備30-39
• 3.1 軟巖相似材料的選擇依據(jù)30
• 3.2 軟巖相似材料的相似準(zhǔn)則30-31
• 3.3 軟巖相似材料試件的制備31-38
• 3.3.1 軟巖相似材料試件的幾何形狀及加工精度要求31-32
• 3.3.2 試驗(yàn)設(shè)備及工具32-35
• 3.3.3 軟巖相似材料孔隙率的計(jì)算35-36
• 3.3.4 軟巖相似材料的制備過程36-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 4 軟巖相似材料單軸抗壓、抗拉、三軸抗壓及循環(huán)加卸載試驗(yàn)39-54
• 4.1 單軸壓縮試驗(yàn)39-42
• 4.1.1 試驗(yàn)過程39-40
• 4.1.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理40-42
• 4.2 抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)42-45
• 4.2.1 試驗(yàn)過程43
• 4.2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理43-45
• 4.3 三軸壓縮試驗(yàn)45-49
• 4.3.1 試驗(yàn)過程45
• 4.3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理45-49
• 4.4 循環(huán)加卸載試驗(yàn)49-53
• 4.4.1 試驗(yàn)過程49
• 4.4.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理49-53
• 4.5 本章小結(jié)53-54
• 5 軟巖相似材料蠕變規(guī)律的試驗(yàn)研究54-70
• 5.1 巖石的流變特性54-56
• 5.2 巖石的流變模型56-63
• 5.2.1 巖石流變基本元件56-58
• 5.2.1.1 彈性模型（胡克體）56-57
• 5.2.1.2 塑性模型（圣文南體）57
• 5.2.1.3 黏性模型（牛頓體）57-58
• 5.2.2 巖石流變的本構(gòu)組合模型58-63
• 5.2.2.1 麥克斯韋體58-59
• 5.2.2.2 開爾文體59-60
• 5.2.2.3 廣義開爾文體60
• 5.2.2.4 飽依丁-湯姆遜體60-61
• 5.2.2.5 伯格斯體61-62
• 5.2.2.6 西原體62-63
• 5.3 軟巖相似材料的單軸蠕變?cè)囼?yàn)63-65
• 5.3.1 試驗(yàn)過程63-64
• 5.3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理64-65
• 5.4 軸壓對(duì)軟巖相似材料單軸蠕變?cè)囼?yàn)影響的研究65-67
• 5.4.1 試驗(yàn)過程66
• 5.4.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理66-67
• 5.5 軟巖相似材料的三軸蠕變?cè)囼?yàn)67-68
• 5.5.1 試驗(yàn)過程67-68
• 5.5.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理68
• 5.6 蠕變曲線的擬合68-69
• 5.7 本章小結(jié)69-70
• 6 ANSYS對(duì)深部軟巖巷道蠕變規(guī)律的模擬及仿真70-81
• 6.1 ANSYS分析步驟70-71
• 6.2 實(shí)際工程背景及參數(shù)的設(shè)定71-73
• 6.2.1 實(shí)際工程背景71-72
• 6.2.2 軟巖巷道仿真參數(shù)的設(shè)定72-73
• 6.3 蠕變規(guī)律的數(shù)值模擬73-80
• 6.3.1 蠕變模型的建立73
• 6.3.2 模擬結(jié)果分析73-80
• 6.4 本章小結(jié)80-81
• 結(jié)論與展望81-83
• 參考文獻(xiàn)83-87
• 致謝87-88
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與授權(quán)專利及參加科研項(xiàng)目88-89

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6 潘坤R，

本文編號(hào)：383430