【摘要】：深埋地質(zhì)處置是目前有核國(guó)家正在研究的復(fù)雜深部地下工程,高放廢物處置庫(kù)建設(shè)需要確保其在數(shù)萬(wàn)年甚至更長(zhǎng)的服役期限內(nèi)保持長(zhǎng)期穩(wěn)定性和安全性。而封層的高放廢物不斷衰變產(chǎn)生的熱會(huì)顯著影響工程巖體的力學(xué)特性,那么深入研究高溫作用下巖石的強(qiáng)度變形特性是深部地下工程建設(shè)和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。深部巖體受開(kāi)挖的影響,其力學(xué)性質(zhì)不僅受溫度影響,而且與巖體應(yīng)力狀態(tài)、破碎程度息息相關(guān)。目前對(duì)熱損傷巖石的分析方法還不夠全面,缺乏綜合考慮多個(gè)因素的影響。鑒于此,本文以北山花崗巖為研究對(duì)象,開(kāi)展了不同巖樣尺寸和圍壓條件下熱損傷巖樣的壓縮破壞及聲發(fā)射試驗(yàn),研究了熱損傷巖石的尺寸效應(yīng)和強(qiáng)度變形參數(shù)演化規(guī)律,構(gòu)建了3種不同的本構(gòu)模型來(lái)反映熱損傷巖石的變形破壞特征,為后續(xù)工程建設(shè)提供幫助。獲得了以下主要研究成果:(1)針對(duì)熱損傷巖石尺寸效應(yīng)是否不同于傳統(tǒng)尺寸模型,通過(guò)開(kāi)展不同長(zhǎng)徑比的北山花崗巖在不同實(shí)時(shí)高溫下的單軸壓縮試,分析了單軸應(yīng)力狀態(tài)下熱損傷和尺寸效應(yīng)對(duì)試樣強(qiáng)度變形參數(shù)、聲發(fā)射特征及破裂特征的影響規(guī)律,構(gòu)建了考慮溫度和尺寸效應(yīng)的強(qiáng)度衰減模型,揭示了其損傷演化特征。研究表明:熱損傷和巖樣尺寸對(duì)北山花崗巖力學(xué)特性影響顯著,巖石臨界脆-韌性轉(zhuǎn)變溫度隨長(zhǎng)徑比增大而增加,對(duì)應(yīng)于典型力學(xué)性能的臨界長(zhǎng)徑比隨溫度升高趨于變小。(2)考慮到處置庫(kù)建設(shè)中深部圍巖變形特征受溫度、圍壓和塑性發(fā)展歷史的影響,通過(guò)開(kāi)展不同圍壓條件下熱損傷北山花崗巖的常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn),研究了熱損傷巖樣宏觀物理、力學(xué)特性變化規(guī)律和破壞過(guò)程中的聲發(fā)射特征。根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線,建立了巖石在損傷屈服后同時(shí)考慮溫度、圍壓或塑性剪應(yīng)變影響的粘聚力、內(nèi)摩擦角和剪脹角演化模型。結(jié)果表明:在T=200℃后隨著熱處理溫度的增加巖石劣化程度加劇,而圍壓效應(yīng)的存在抑制了裂紋的擴(kuò)展,溫度和圍壓的增加會(huì)增強(qiáng)巖石的塑性變形能力,隨著圍壓增大到一定值后,這種提高的幅度越來(lái)越小�；贛ohr-Coulomb準(zhǔn)則,利用MATLAB工具構(gòu)建的演化模型擬合精度高,可以較好的描述熱損傷巖石損傷屈服后的強(qiáng)度變形參數(shù)演化規(guī)律。(3)鑒于聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)裂紋發(fā)展的敏感性,通過(guò)聲發(fā)射時(shí)序參數(shù)建立了基于聲發(fā)射累計(jì)振鈴計(jì)數(shù)的損傷本構(gòu)模型;考慮到殘余強(qiáng)度對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線特征影響明顯,基于Weibull函數(shù)和D-P準(zhǔn)則提出了考慮殘余強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)損傷模型;根據(jù)北山花崗巖損傷屈服點(diǎn)后的彈塑性耦合特征和應(yīng)變軟化特性,構(gòu)建了熱損傷北山花崗巖彈塑性耦合應(yīng)變軟化模型。驗(yàn)算結(jié)果表明模型曲線與試驗(yàn)結(jié)果擬合較好。(4)利用FLAC3D二次開(kāi)發(fā)功能,基于Visual Studio 2010軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)將構(gòu)建的熱彈塑性耦合應(yīng)變軟化模型編譯成.dll文件,最后嵌入到FLAC3D 5.0中,通過(guò)模擬三軸壓縮試驗(yàn)驗(yàn)證了模型的正確性,通過(guò)圓形巷道開(kāi)挖模擬,驗(yàn)證了本文自定義本構(gòu)模型的合理性。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TL942
【圖文】：

處置庫(kù)建設(shè)的關(guān)鍵工程問(wèn)題必不可少，高放廢物深地質(zhì)處置是目前有核國(guó)家正在研究的復(fù)雜深部地下工程。圖1-1 核廢料深埋處置效果圖 圖1-2 北山坑探設(shè)施空間結(jié)構(gòu)圖Figure 1-1 Effect Chart of Deep Burial of Figure1-2 Spatial Structure Map of Beishan PitNuclear Waste Exploration Facility高放核廢物處置庫(kù)建設(shè)通常需要經(jīng)過(guò)基礎(chǔ)研究、選址、現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估、地下實(shí)驗(yàn)室建設(shè)以及處置庫(kù)設(shè)計(jì)、建造和關(guān)閉等階段，是一個(gè)長(zhǎng)期的系統(tǒng)工程�？梢�(jiàn)處置庫(kù)建設(shè)條件復(fù)雜、

處置庫(kù)建設(shè)的關(guān)鍵工程問(wèn)題必不可少，高放廢物深地質(zhì)處置是目前有核國(guó)家正在研究的復(fù)雜深部地下工程。圖1-1 核廢料深埋處置效果圖 圖1-2 北山坑探設(shè)施空間結(jié)構(gòu)圖Figure 1-1 Effect Chart of Deep Burial of Figure1-2 Spatial Structure Map of Beishan PitNuclear Waste Exploration Facility高放核廢物處置庫(kù)建設(shè)通常需要經(jīng)過(guò)基礎(chǔ)研究、選址、現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估、地下實(shí)驗(yàn)室建設(shè)以及處置庫(kù)設(shè)計(jì)、建造和關(guān)閉等階段，是一個(gè)長(zhǎng)期的系統(tǒng)工程�？梢�(jiàn)處置庫(kù)建設(shè)條件復(fù)雜、

（b）D 為定值而L/D 不同[19]圖1-3 不同巖樣尺寸Figure 1-3 Dimensions of different rock samples巖樣的尺寸對(duì)巖石的宏微觀力學(xué)特性影響極為顯著，Qui ones,Masoumi,Bieniawski 等[16-18]指出巖石的代表性參數(shù)取決于樣本的大�。ㄈ鐖D 1-3a），這顯示出巖石顯著的尺寸依賴效應(yīng)。Ergün[19]研究了L/D=1~2.5:1 的四種巖石的形狀對(duì) UCS 的影響（如圖 1-3b）。王青元等[20]基于損傷力學(xué)理論，建立了非線性蠕變損傷模型，并對(duì)巖石長(zhǎng)期強(qiáng)度尺寸效應(yīng)進(jìn)行了分析。宿輝等[21]基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的試驗(yàn)分析方法，更進(jìn)一步研究了巖石模型的顆粒尺寸效應(yīng)，以期從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度揭示顆粒尺寸對(duì)顆粒離散元、巖石模型宏觀力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律。蘇海健等[22]通過(guò)研究了厚徑比為 0.5～1.0 范圍內(nèi) 5 種尺寸的紅砂巖圓盤試樣在 20~800℃熱損傷處理后的力學(xué)特性，并提出相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式以描述其變化規(guī)律。梁昌玉等[23]通過(guò)對(duì)不同尺寸的花崗巖（D=50mm,L/D=1,1.5,2,5）巖樣進(jìn)行中低應(yīng)變率范圍內(nèi)的加載試驗(yàn)，研究結(jié)果表明試樣強(qiáng)度變形參數(shù)受尺寸效應(yīng)影響顯著。高富強(qiáng)等[24]研究了尺寸效應(yīng)對(duì)巖石材料在不同加載條件下力學(xué)性能的影響。梁正召等[25]基于巖石的力學(xué)實(shí)驗(yàn)和細(xì)觀參數(shù)統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律研究，從宏觀和微觀層次提出了多尺度巖體的計(jì)算方法并建立了兩種尺寸效應(yīng)的聯(lián)系。杜晶等[26]利用中南大學(xué)分離式霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

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本文編號(hào)：2781563