發(fā)布時間：2020-05-14 21:22

【摘要】：研究高溫作用和高溫循環(huán)作用后脆性巖石的強度和變形性質,以及細觀演化規(guī)律是巖土工程中的關鍵科學技術問題,只有準確掌握脆性巖石在復雜地質環(huán)境中的力學性質變化,才能準確評價巖體工程的變形與穩(wěn)定性質,才能保證大型巖土工程的施工安全性和長期穩(wěn)定性。因此,本文選用細粒大理巖作為研究對象,采用室內實驗和理論分析相結合的方法,開展單軸壓縮實驗,并監(jiān)測壓縮破壞全過程的聲發(fā)射現(xiàn)象,研究巖石的強度和變形性質,包括峰值強度,楊氏模量,脆延轉換特性,破壞模式,聲發(fā)射時序參數(shù),特征應力,損傷演化模型等。并采用細觀測試手段,分析巖石在熱損傷過程中的裂紋擴展演化規(guī)律,以期揭示宏觀力學性質變化的機理。本文研究內容如下:(1)對常溫下和經(jīng)歷0～400℃高溫1次,2次,4次,8次和16次熱循環(huán)的細粒大理巖開展單軸壓縮實驗,并對全過程的聲發(fā)射信號進行監(jiān)測,同時利用細觀觀測手段觀測微裂紋發(fā)育,結果顯示:經(jīng)歷了熱循環(huán)的巖樣物理力學性質發(fā)生劣化,縱波波速、峰值強度和彈性模量顯著降低,而峰值應變和裂紋密度參數(shù)明顯增大,大理巖應力應變曲線由高聳趨于平緩,初始壓密階段變長,表明巖石經(jīng)歷熱處理后脆性減弱,延性增強;經(jīng)歷了熱處理的巖樣在初始壓密階段就產(chǎn)生較多聲發(fā)射信號,但從彈性階段開始聲發(fā)射活動性反而不如常溫時劇烈,且聲發(fā)射信號峰值滯后于峰值強度,這與熱循環(huán)作用增加了巖樣延性關系密切;經(jīng)歷不同熱循環(huán)次數(shù)巖樣的破裂模式由單一劈裂破壞向多劈裂面破壞再到剪切破壞轉變,分析破裂模式的這種轉變與裂紋產(chǎn)生形式不同,巖樣內部礦物結構變化不同以及能量釋放不同這三個因素有關;隨著熱循環(huán)次數(shù)的增多,通過顯微觀測手段觀測到巖樣礦物晶體內部和邊界發(fā)育大量微裂紋,且統(tǒng)計到的數(shù)量,開度,長度,線性裂紋密度等參數(shù)都逐漸增加,裂紋發(fā)育方向成隨機性,以晶界裂紋發(fā)育為主,分析原因為礦物顆粒的熱膨脹系數(shù)不均一,受熱后在邊界產(chǎn)生熱應力,并超過礦物邊界的屈服強度。(2)利用單軸壓縮實驗數(shù)據(jù),運用不同計算方法確定熱循環(huán)大理巖的特征應力,包括閉合應力,啟裂應力和損傷應力,得出結論:運用不同計算方法求出的特征應力值具有相似的規(guī)律,即均隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加而呈下降的趨勢,歸一化特征應力隨循環(huán)次數(shù)的增加呈現(xiàn)增大的趨勢;體積應變模型算法、聲發(fā)射參數(shù)法確定特征應力操作方便,但都依賴于試驗者的主觀判斷,而ASR法、LSR法和CAEH法計算過程較為復雜,但是它們都克服了人為因素的影響,使得結果更具有客觀性;不同方法計算的啟裂應力值的離散程度隨熱循環(huán)次數(shù)增加而減小;由于巖石各項異性特征,或者實驗儀器和實驗操作的局限性,只有運用多種方法確定特征應力值才能提高可信度。(3)根據(jù)宏觀試驗數(shù)據(jù),分別基于聲發(fā)射參數(shù)和變形參數(shù)定義損傷變量,并得出巖樣漸進破壞的損傷演化規(guī)律,最后基于兩種變量分別用聲發(fā)射本構模型和Logistic函數(shù)本構模型進行擬合,得出結論:基于聲發(fā)射參數(shù)和變形參數(shù)的兩類損傷變量的演化規(guī)律均能很好地反映巖石漸進破壞的裂紋閉合,線彈性,裂紋穩(wěn)定擴展,裂紋非穩(wěn)定擴展,峰值破壞等各個階段的變化過程;隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加,兩類損傷變量隨軸向應變的增加而增加的程度變慢,說明熱損傷增加了巖石的延性;聲發(fā)射模型能更加準確地描述實驗數(shù)據(jù)的曲線形態(tài),但模擬的峰值強度低于實測值。
【圖文】：

２００３；邋Ｐｅｎｇ邋等，２０１６；邋Ｄａｖｉｄ邋等，１９９９；朱合華等，２００６；寇紹全，１９８７；逡逑Ｋｅｓｈａｖａｒｚ邋等，２０１０；邋Ｃｈａｋｉ邋等，２００８；張連英等，２００８；邱一平，２００６）。大逡逑量研宄結果表明，溫度越高或者熱循環(huán)次數(shù)越多，巖石的抗壓強度（如圖１－１）逡逑和變形模量（如圖１－２）會降低，應力達到抗壓強度時對應的峰值應變會增大，逡逑同時，達到峰值強度后的強度衰減程度會減少，全應力應變曲線由高聳向扁平發(fā)逡逑展，表明巖石會經(jīng)歷脆性向延性的過渡。逡逑（ａ）邋１．２邋邐逡逑１．１邋－邐鞏義石灰?guī)r（秦本東等，２００９）逡逑，0邐邐邋一0—焦作砂巖（秦本東等，２００９）逡逑？邐——錦屏大理巖（方榮等，２００５）逡逑制邋0．９邋■邐寧波大理巖（Ｃｈｅｎ邋ｅｔａｌ．

２００３；邋Ｐｅｎｇ邋等，２０１６；邋Ｄａｖｉｄ邋等，１９９９；朱合華等，２００６；寇紹全，１９８７；逡逑Ｋｅｓｈａｖａｒｚ邋等，２０１０；邋Ｃｈａｋｉ邋等，２００８；張連英等，２００８；邱一平，２００６）。大逡逑量研宄結果表明，溫度越高或者熱循環(huán)次數(shù)越多，巖石的抗壓強度（如圖１－１）逡逑和變形模量（如圖１－２）會降低，應力達到抗壓強度時對應的峰值應變會增大，逡逑同時，達到峰值強度后的強度衰減程度會減少，，全應力應變曲線由高聳向扁平發(fā)逡逑展，表明巖石會經(jīng)歷脆性向延性的過渡。逡逑（ａ）邋１．２邋邐逡逑１．１邋－邐鞏義石灰?guī)r（秦本東等，２００９）逡逑，0邐邐邋一0—焦作砂巖（秦本東等，２００９）逡逑？邐——錦屏大理巖（方榮等，２００５）逡逑制邋0．９邋■邐寧波大理巖（Ｃｈｅｎ邋ｅｔａｌ．
【學位授予單位】：武漢大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TV223.1

【參考文獻】

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3 吳剛;翟松韜;王宇;;高溫下花崗巖的細觀結構與聲發(fā)射特性研究[J];巖土力學;2015年S1期

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10 徐小麗;高峰;張志鎮(zhèn);;高溫作用后花崗巖三軸壓縮試驗研究[J];巖土力學;2014年11期

本文編號：2663955