本文關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力凍融循環(huán)耦合作用下巖石力學特性試驗研究

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【摘要】：凍融侵害是寒區(qū)巖石工程面臨的重要威脅之一,影響巖石凍融的因素有很多,國內(nèi)外的學者對此已經(jīng)進行了數(shù)十年的研究,也取得了豐富的成果。然而,過去的凍融試驗研究幾乎都是針對自由巖石展開的(自由是指沒有受到外荷載作用),沒有考慮自然環(huán)境下巖體中實際存在的應(yīng)力。為了探究應(yīng)力的存在對巖石凍融的影響,本文開展了室內(nèi)預(yù)應(yīng)力凍融耦合作用下砂巖的劣化試驗研究,預(yù)應(yīng)力凍融耦合是指巖石在經(jīng)受凍融作用的同時受到一個預(yù)加應(yīng)力的作用。通過跟蹤研究凍融前后巖石的一些宏觀物理量變化規(guī)律,以及強度變化規(guī)律,并基于假定條件下的孔隙壁應(yīng)力分析,揭示了應(yīng)力對巖石凍融的影響機制,接著以此為基礎(chǔ),修正了寒區(qū)工程巖體質(zhì)量評價體系,并提出了使用預(yù)應(yīng)力錨索(錨桿)進行寒區(qū)工程凍害防治的新思想。概括說來,主要做了以下研究工作:1)設(shè)計制造一套預(yù)應(yīng)力加載設(shè)備,為試件施加上預(yù)定的壓力。此設(shè)備同時具備以下幾個關(guān)鍵的功能:1、提供準確的高強壓力;2、長時間保持壓力穩(wěn)定;3、能適應(yīng)凍融的嚴酷環(huán)境;4、壓力大小能實時讀取;5、小巧易用,與凍融設(shè)備兼容。2)開展了飽和砂巖在5個預(yù)應(yīng)力級別(0MPa,0.75MPa,1.6MPa,3MPa,5MPa)下的凍融循環(huán)試驗,凍融循環(huán)分3批次進行(20次,40次,60次)。在凍融前后測量試件的干質(zhì)量、飽和質(zhì)量、高度、直徑和縱波波速,研究在不同預(yù)應(yīng)力作用下的巖石在經(jīng)歷不同次數(shù)凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失,膨脹情況,孔隙率增長以及波速變化等規(guī)律,這些宏觀指標變化可以反應(yīng)巖石的凍融劣化程度。3)對各個預(yù)應(yīng)力級別和各個凍融批次的巖石試樣進行單軸壓縮試驗,研究在不同預(yù)應(yīng)力作用下的巖石在經(jīng)歷不同次數(shù)凍融循環(huán)后的強度、變形特征,并研究巖石的抗凍系數(shù)隨預(yù)應(yīng)力大小的變化規(guī)律;為了考察試件縱向的強度特征,對各個預(yù)應(yīng)力作用下經(jīng)歷40次凍融循環(huán)后的巖石進行了劈裂試驗;另外,為了驗證巖石在三向應(yīng)力狀態(tài)下的強度特征與單軸壓縮結(jié)果是否一致,選擇0MPa和3MPa兩個預(yù)應(yīng)力作用下經(jīng)歷60次凍融循環(huán)后的巖石進行了三軸壓縮試驗,圍壓分5級:0、5、10、15、20MPa,對比了Mohr-Coulomb和Hoek-Brown準則的擬合結(jié)果。4)結(jié)合試驗結(jié)果,基于孔隙為圓形通道和材料為彈性均質(zhì)體的假定,進行了孔隙壁上的應(yīng)力分析,給出了預(yù)應(yīng)力和凍脹力共同作用下孔隙壁的破壞條件,進而揭示了預(yù)應(yīng)力對巖石凍融的影響機制。5)提出了抗凍應(yīng)力閾值的概念,指出當施加在巖石上的預(yù)應(yīng)力達到該閾值后,巖石凍融損傷會停止;并基于對預(yù)應(yīng)力-抗凍系數(shù)關(guān)系的研究,對TSMR體系中的凍融系數(shù)進行了調(diào)整,從而提出了考慮應(yīng)力狀態(tài)對巖石凍融作用影響的寒區(qū)巖體質(zhì)量評價體系Y_TSMR;最后,探索性的提出了使用預(yù)應(yīng)力錨索(錨桿)進行寒區(qū)工程凍害防治的新思想,這突破了過去一直依靠防水、保溫的凍害防治固定思維,也許能找到寒區(qū)工程凍害防治的新技術(shù)。
【關(guān)鍵詞】：凍融循環(huán) 預(yù)應(yīng)力 預(yù)應(yīng)力加載設(shè)備 抗凍應(yīng)力閾值 預(yù)應(yīng)力錨索
【學位授予單位】：三峽大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU45
【目錄】：

• 內(nèi)容摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 論文的研究意義10
• 1.2 凍融巖土體國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-16
• 1.3 研究不足及待完善之處16
• 1.4 研究內(nèi)容及技術(shù)路線16-19
• 2 試驗方案儀器及預(yù)應(yīng)力加載設(shè)備開發(fā)19-32
• 2.1 試驗方案19
• 2.2 標準巖石試件制造19-23
• 2.3 設(shè)計制造預(yù)應(yīng)力加載設(shè)備23-27
• 2.4 基本物理指標測定27-28
• 2.5 凍融循環(huán)及力學試驗設(shè)備28-31
• 2.6 小結(jié)31-32
• 3 預(yù)應(yīng)力凍融循環(huán)耦合作用下巖石宏觀物理性質(zhì)研究32-48
• 3.1 預(yù)應(yīng)力凍融循環(huán)耦合試驗32-35
• 3.2 凍融后巖石宏觀物理性質(zhì)分析35-46
• 3.3 小結(jié)46-48
• 4 預(yù)應(yīng)力凍融循環(huán)耦合作用下巖石力學性質(zhì)研究48-68
• 4.1 單軸壓縮試驗研究48-59
• 4.2 劈裂試驗研究59-62
• 4.3 三軸壓縮試驗研究62-67
• 4.4 小結(jié)67-68
• 5 預(yù)應(yīng)力凍融循環(huán)耦合作用下巖石損傷機理分析68-81
• 5.1 巖石凍融劣化機理68-69
• 5.2 影響巖石凍融的因素69-70
• 5.3 預(yù)應(yīng)力對巖石凍融損傷的影響機制70-77
• 5.4 巖石抗凍應(yīng)力閾值77-80
• 5.5 小結(jié)80-81
• 6 寒區(qū)巖體質(zhì)量評價體系修正及凍害防治新思想81-87
• 6.1 寒區(qū)巖體凍融劣化特征81-82
• 6.2 寒區(qū)巖體質(zhì)量評價體系修正82-84
• 6.3 當前巖石工程凍害防治策略84-85
• 6.4 使用預(yù)應(yīng)力錨索（錨桿）的巖體凍害防治新思想85-86
• 6.5 小結(jié)86-87
• 7 結(jié)論與展望87-90
• 7.1 主要成果與結(jié)論87-88
• 7.2 進一步研究展望88-90
• 參考文獻90-95
• 后記95-96
• 附錄 攻讀碩士學位期間參與項目及發(fā)表論文96

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