本文關(guān)鍵詞： 石灰?guī)r 加載頻率 疲勞特性 疲勞壽命 變形規(guī)律 損傷模型　出處：《北京交通大學(xué)》2013年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)不同載荷條件下巖石疲勞力學(xué)特性研究相對(duì)滯后,尤其缺乏對(duì)巖溶石灰?guī)r的疲勞特性和損傷演化規(guī)律的系統(tǒng)研究。鑒于巖溶鐵路隧道與溶洞(腔)間圍巖長(zhǎng)期穩(wěn)定性分析的需要,本文依托國(guó)家自然基金項(xiàng)目,以宜昌萬(wàn)州鐵路隧道石灰?guī)r為研究對(duì)象,采用文獻(xiàn)調(diào)查、室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法,系統(tǒng)的研究了石灰?guī)r在靜力學(xué)范圍內(nèi)的應(yīng)變率效應(yīng)；探索了不同載荷條件下石灰?guī)r疲勞力學(xué)特性；建立了考慮多因素影響的石灰?guī)r疲勞壽命預(yù)測(cè)模型和疲勞損傷演化模型,并將其應(yīng)用于彈塑性數(shù)值計(jì)算中。為考慮巖石疲勞損傷的巖溶隧道圍巖長(zhǎng)期穩(wěn)定性分析提供了重要的基礎(chǔ)資料和可借鑒的研究思路。取得的主要研究成果如下： (1)在靜態(tài)加載范圍內(nèi),石灰?guī)r具有很強(qiáng)的率敏感性。試驗(yàn)表明,石灰?guī)r破壞峰值強(qiáng)度隨加載速率的增加有明顯提高,峰值強(qiáng)度與應(yīng)變率的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系。而峰值應(yīng)變隨應(yīng)變率增加卻有小幅減小的趨勢(shì)。分析石灰?guī)r破裂過(guò)程,發(fā)現(xiàn)提高加載應(yīng)變率對(duì)巖石裂紋不穩(wěn)定擴(kuò)展階段影響不大,對(duì)巖石裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展階段卻有較大影響。加載應(yīng)變率越高,巖石進(jìn)入裂紋擴(kuò)展階段(塑性階段)就越晚,塑性段在全應(yīng)力應(yīng)變曲線中所占比例相應(yīng)減小,彈性階段比例增加,巖石的彈性特性更為明顯。 (2)研究了測(cè)試程序?qū)κ┟芴劐N回彈測(cè)試結(jié)果的影響,給出了一種擾動(dòng)較小且測(cè)量準(zhǔn)確的施密特錘測(cè)試程序。在對(duì)比研究了超聲、回彈和超聲回彈綜合法三種無(wú)損方法估算單軸壓縮強(qiáng)度方法的預(yù)測(cè)精度的基礎(chǔ)上,建立了一套估算標(biāo)準(zhǔn)試樣單軸強(qiáng)度的無(wú)損方法。由測(cè)試數(shù)據(jù)建立了雙參數(shù)指數(shù)型石灰?guī)r標(biāo)準(zhǔn)試樣單軸壓縮強(qiáng)度估算模型。 (3)利用宜萬(wàn)鐵路石灰?guī)r開(kāi)展了各種加載條件下的疲勞力學(xué)試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)：隨著上限應(yīng)力水平的降低,石灰?guī)r疲勞壽命在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)下呈線性增長(zhǎng)的趨勢(shì)；應(yīng)力幅值對(duì)疲勞壽命起著關(guān)鍵作用,應(yīng)力幅值越大巖石的疲勞壽命越短;巖石疲勞“門(mén)檻值”不僅與巖石類(lèi)型密切相關(guān),而且隨著加載速率的增加而提高；在0.5～3Hz加載范圍內(nèi),石灰?guī)r疲勞壽命隨加載頻率的增加而增加,疲勞壽命與加載頻率滿(mǎn)足雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下的線性關(guān)系。在試驗(yàn)基礎(chǔ)上,建立了基于S-N曲線的疲勞壽命估算模型、同時(shí)考慮上限應(yīng)力和應(yīng)力幅值影響的石灰?guī)r疲勞壽命估算模型以及基于加載頻率和上限應(yīng)力的多因素疲勞壽命估算模型。 (4)石灰?guī)r疲勞變形經(jīng)歷初始變形階段、穩(wěn)定發(fā)展階段和加速階段三個(gè)不同階段。對(duì)比疲勞極限變形和靜力全曲線控制變形,發(fā)現(xiàn)兩者之間十分接近；在0.5～3Hz范圍內(nèi),改變加載頻率對(duì)石灰?guī)r疲勞破壞時(shí)軸向極限變形幾乎無(wú)影響；說(shuō)明“巖石疲勞破壞時(shí)的極限變形規(guī)律”不受加載頻率的影響。依據(jù)石灰?guī)r疲勞變形發(fā)展規(guī)律,提出了基于平均應(yīng)變?cè)隽康钠趬勖?jì)算模型。確定該模型計(jì)算參數(shù)僅需要開(kāi)展有限次數(shù)的循環(huán)壓縮試驗(yàn)和單軸壓縮試驗(yàn),從而極大的縮減了試驗(yàn)投入。 (5)探討了巖石的非線性變形滯后效應(yīng)并分析了其形成原因。總結(jié)了循環(huán)加卸載變形曲線中常見(jiàn)的五種回滯環(huán)形態(tài),并就各種形態(tài)的成因開(kāi)展了討論。 (6)利用單軸靜態(tài)壓縮試驗(yàn)、循環(huán)動(dòng)力試驗(yàn)和超聲測(cè)試三種試驗(yàn)手段,對(duì)比研究了石灰?guī)r靜態(tài)、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)和動(dòng)態(tài)彈性模量之間的關(guān)系。 (7)疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明,石灰?guī)r動(dòng)態(tài)彈性模量隨循環(huán)加載呈三階段衰減規(guī)律,由此建立了基于剩余剛度的石灰?guī)r疲勞損傷演化模型。結(jié)合石灰?guī)r疲勞壽命多因素估算模型,提出了一套適用于巖石工程的能考慮圍巖動(dòng)力疲勞損傷的計(jì)算方法。采用FLAC3D進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)了該計(jì)算方法的數(shù)值程序化,并將其應(yīng)用于魯竹壩二號(hào)(Ⅱ線)隧道地震災(zāi)變作用下的動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算中。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：U452.11;TU45

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1483804