本文選題：凍融循環(huán) + 初始損傷　； 參考：《上海理工大學(xué)》2013年碩士論文

【摘要】：本文主要對(duì)地下水侵蝕、溫度變化和初始損傷影響的巖石力學(xué)特性研究，并且推導(dǎo)出了關(guān)于不同裂縫角度的各應(yīng)力分量解析式和裂縫尖端處最大剪應(yīng)力的解析式。 在實(shí)際工程中，考慮到巖石材料自身的組成成分很復(fù)雜，內(nèi)部含有大量的微觀和宏觀裂縫，而且常常處在多種惡劣環(huán)境下工作，所以分析自然環(huán)境對(duì)巖石力學(xué)性能的影響很有必要。比如地下污水的侵蝕、嚴(yán)寒地區(qū)的凍融循環(huán)作用和高溫環(huán)境下的熱脹作用都嚴(yán)重的影響著巖石的力學(xué)性能，再加上自身含有的初始損傷和內(nèi)部無(wú)數(shù)多的微觀和宏觀裂縫，這些都是對(duì)巖石耐久性的嚴(yán)峻考驗(yàn)�？紤]到以上因素，所以本文主要就以下四個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行了研究： (1)本文通過(guò)用白水泥制作帶0°、15°、30°、45°、60°和90°裂縫的試塊來(lái)模擬實(shí)際巖石材料的裂縫。并且通過(guò)對(duì)不同裂縫角度的試塊進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，得出了當(dāng)裂縫角度在0°~45°變化時(shí)，隨著巖石試塊裂縫角度的增大，試塊的破壞接近于剪切破壞，試塊的強(qiáng)度隨裂縫角度增大而減小。當(dāng)傾角60°~90°變化時(shí)，隨著巖石試塊裂縫角度的增大，有少數(shù)試塊出現(xiàn)拉張破壞。最終得出帶45°角裂縫的巖石強(qiáng)度最小，所以實(shí)際工程中應(yīng)特別注意45°的巖石裂縫。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用平面應(yīng)力問(wèn)題的逆解法推導(dǎo)出巖石試塊不同的裂縫角度的應(yīng)力分量和最大剪應(yīng)力解析式，為今后實(shí)際工程提供了理論基礎(chǔ)。最后通過(guò)有限元軟件ANSYS分析了帶0°、15°、30°、45°、60°和90°裂縫的巖石試塊在軸向壓力作用下的剪應(yīng)力和位移大小。 (2)在實(shí)際工程中，巖石大多是含初始損傷的，分析含初始損傷巖石的力學(xué)性能有重要的工程意義。本文預(yù)先統(tǒng)計(jì)巖石試塊的初始抗壓強(qiáng)度，然后根據(jù)其抗壓強(qiáng)度給巖石試塊施加壓力。分別施加了極限抗壓強(qiáng)度的10%、30%、50%、70%、80%、90%，以形成不同的初始損傷。然后通過(guò)低溫凍融試驗(yàn)和單軸壓縮試驗(yàn)，將巖石在傳統(tǒng)循環(huán)荷載作用后的損傷與低溫凍融損傷進(jìn)行比較，得出這兩種損傷的異同點(diǎn)，建立了巖石材料在不同環(huán)境條件下的損傷表達(dá)式，研究了初始損傷對(duì)巖石凍融的影響，對(duì)今后估測(cè)含初始損傷巖石的凍融壽命有一定參考價(jià)值。 (3)對(duì)于高放射性核廢料的地下貯藏和遭受突發(fā)性高溫（如火災(zāi)）作用后的巖石性質(zhì)，人們還需要掌握不同高溫、高壓下及經(jīng)歷不同高溫后的巖石物理力學(xué)變化，以便準(zhǔn)確解決實(shí)際工程中巖石的力學(xué)性能。長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)巖石的低溫凍融和高溫高壓下的基本物理力學(xué)參數(shù)的測(cè)定和破壞準(zhǔn)則及巖石損傷機(jī)制等多方面都做了一定的研究，取得了一定的成果。但是實(shí)際工程中的巖石材料經(jīng)常會(huì)同時(shí)受到高溫作用和低溫凍融破壞，在多種環(huán)境作用下的巖石損傷特性更加復(fù)雜和不確定，對(duì)巖石的耐久性和穩(wěn)定性的影響更為嚴(yán)重。所以本文研究多種因素同時(shí)對(duì)巖石的影響更為重要。本文對(duì)20℃~900℃高溫處理后的巖石材料進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)，得出了高溫后巖石的力學(xué)性能隨溫度的升高而劣化，表現(xiàn)為隨著受熱溫度的升高花崗巖的抗壓強(qiáng)度降低，當(dāng)溫度小于300℃時(shí)變化不明顯，但是當(dāng)溫度在300℃~400℃和500℃~600℃時(shí)巖石的力學(xué)性能很不穩(wěn)定，峰值應(yīng)力急劇下降，在實(shí)際工程中，巖石處在該溫度區(qū)間內(nèi)應(yīng)特別注意其力學(xué)特性。 (4)本文用四種不同濃度的硝酸溶液模擬實(shí)際工程中的工業(yè)廢水，用400℃高溫處理后的巖石模擬實(shí)際工程中的高放射性核廢料中的巖石。通過(guò)花崗巖在0%、1%、3%、5%四種濃度硝酸溶液和高溫共同作用的凍融腐蝕循環(huán)試驗(yàn)，研究了巖石質(zhì)量、峰值應(yīng)力和峰值應(yīng)變隨酸性溶液濃度變化的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)巖石在多重因素作用下的凍融循環(huán)損傷更為嚴(yán)重�；赗abtnov損傷力學(xué)的概念，得出損傷變量D變化曲線(xiàn)，揭示了花崗巖力學(xué)性能劣化與溶液濃度的關(guān)系，為今后凍融腐蝕循環(huán)條件下巖石力學(xué)性能的研究提供一定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)。 本文依據(jù)試驗(yàn)研究成果，，總結(jié)凍融循環(huán)、溫度變化、初始損傷和裂縫角度等多種因素對(duì)巖石的損傷、變形、耐久性和破壞的規(guī)律。這一問(wèn)題的研究對(duì)解決目前在建的各種巖石工程中出現(xiàn)的許多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題有重要指導(dǎo)作用。
[Abstract]:This paper mainly studies the rock mechanics characteristics of groundwater erosion , temperature change and initial damage , and derives the analytical formula about the stress component resolution and the maximum shear stress at the crack tip .

In practical engineering , considering that the composition of rock material itself is very complex , the interior contains a lot of microscopic and macrocracks , and is often in a variety of harsh environments , so it is necessary to analyze the influence of natural environment on the mechanical properties of rock .

( 1 ) In this paper , a test block with 0 擄 , 15 擄 , 30 擄 , 45 擄 , 60 擄 and 90 擄 crack is made by using white cement to simulate the crack of the actual rock material .

( 2 ) In the actual project , most of the rocks are initial damage , and the mechanical properties of rock with initial damage are analyzed . The initial compressive strength of rock specimen is analyzed in advance . The damage of rock under the traditional cyclic loading is compared with the low - temperature freeze - thaw damage according to its compressive strength . The damage expression of rock material under different environmental conditions is established . The influence of initial damage on rock freeze - thaw is studied .

( 3 ) For the underground storage of high radioactive nuclear waste and the rock properties after the action of sudden high temperature ( such as fire ) , it is also necessary to master the physical and mechanical changes of rocks at different high temperature , high pressure and under high temperature , so as to accurately solve the rock ' s mechanical properties in practical engineering .

( 4 ) In this paper , four different concentrations of nitric acid solution are used to simulate the industrial waste water in the practical engineering . The rock mass , peak stress and peak strain are simulated by the freezing - thawing corrosion cycle test under the action of 0 % , 1 % , 3 % , 5 % nitric acid solution and high temperature . It is found that the damage of rock mass , peak stress and peak strain is more serious . Based on the concept of the damage mechanics of Rabtnov , the relation between the deterioration of the mechanical properties and the concentration of solution is revealed , which provides some experimental data and theoretical basis for the study of the mechanical properties of the rock under the condition of freeze - thaw corrosion cycle .

Based on the experimental results , this paper summarizes the law of the damage , deformation , durability and damage of rock by various factors , such as freeze - thaw cycle , temperature change , initial damage and crack angle .
【學(xué)位授予單位】：上海理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TU45

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2110655