發(fā)布時(shí)間：2018-01-17 20:29

  本文關(guān)鍵詞：含貫穿裂隙試件在雙軸和水壓力作用下擴(kuò)展試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究　出處：《山東大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：自然界中廣泛存在的巖石所含有的裂隙、空隙等不僅是由在成巖過程中自身環(huán)境(物理、化學(xué)等)的影響而產(chǎn)生,而且還受到外部環(huán)境的影響(構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地震、火山爆發(fā)等)。在外部荷載的作用下,巖石中隨機(jī)遍布的微小缺陷會(huì)相互的擴(kuò)展、貫通,最終引起材料的損傷演化及破壞形態(tài)。而巖石作為構(gòu)成地下鐵路、隧道、水利水電工程等與人類生活息息相關(guān)的大型工程的最為重要的材料,對(duì)巖石的變形及其破壞機(jī)制對(duì)于解決與地下工程相關(guān)的災(zāi)害的研究具有十分重要的意義。前人的研究主要集中在節(jié)理巖體的單軸及其常規(guī)三軸試驗(yàn)方面,但對(duì)地下工程而言,其大多處于雙向受力狀態(tài),因此有必要研究在雙向軸壓作用下含裂隙的巖石試件的擴(kuò)展機(jī)制和破壞規(guī)律。此外,隨著工程規(guī)模的不斷變大,地下硐室不僅受到上部巖體的作用,而且地下水也在影響著地下硐室的穩(wěn)定性,因此開展水壓和軸壓作用下裂隙巖體破壞規(guī)律的研究,也同樣勢在必行。由于含三維內(nèi)置裂隙的類巖石水泥砂漿試件在水壓和軸壓作用下的試驗(yàn)現(xiàn)象不便于觀察,本文使用了含貫穿裂隙的類巖石試件作為研究對(duì)象,研究了在軸壓和水壓作用下,含貫穿裂隙的類巖石試件的裂紋的始裂、擴(kuò)展和破壞規(guī)律。本文主要開展和完成的工作如下:1、實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)原始試驗(yàn)機(jī)的對(duì)中存在問題,即試件在壓縮過程中處于偏心受壓狀態(tài),因此對(duì)試驗(yàn)機(jī)的對(duì)中裝置進(jìn)行了改進(jìn)。具體改進(jìn)措施是:將原來試驗(yàn)機(jī)的加載端部由固定式換成了球形鉸,解決了巖石試件在受壓過程中的偏心問題,整套裝置操作便捷,精度高,可以滿足實(shí)驗(yàn)要求的精度。2、制作了由水泥砂漿構(gòu)成的類巖石試件,并使用改進(jìn)后的試驗(yàn)機(jī)開展了裂隙試件在不同側(cè)壓下的雙軸壓縮試驗(yàn)。通過施加不同側(cè)壓,可以發(fā)現(xiàn):側(cè)壓力為0時(shí),裂紋的擴(kuò)展方向沿著最大壓應(yīng)力的方向擴(kuò)展;當(dāng)預(yù)制裂紋傾角一定時(shí),隨著裂紋數(shù)量的增加,試件的峰值強(qiáng)度呈遞減趨勢;當(dāng)預(yù)制裂紋數(shù)量一定時(shí),隨著預(yù)制裂紋傾角的增加,試件的峰值強(qiáng)度同樣呈遞減趨勢。而且隨著裂紋數(shù)量的增加,翼裂紋的擴(kuò)展先后順序也發(fā)生了變化。側(cè)壓力為完整試件單軸抗壓強(qiáng)度的10%時(shí),由于側(cè)向壓力的側(cè)向約束作用,裂紋的始裂應(yīng)力相應(yīng)提高,試件的破壞模式也發(fā)生了變化,比側(cè)壓為0時(shí)的破壞模式更為復(fù)雜�？傮w來看,單軸受壓時(shí)裂紋的擴(kuò)展規(guī)律與雙軸受壓時(shí)的擴(kuò)展規(guī)律類似,裂紋的萌生和擴(kuò)展主要是從原裂隙尖端產(chǎn)生的翼裂紋開始,而且雙軸壓縮作用下,試件尖端不僅會(huì)有翼裂紋產(chǎn)生,還會(huì)產(chǎn)生反翼裂紋,且這兩種裂紋的擴(kuò)展速率明顯慢于單軸壓縮時(shí)的裂紋擴(kuò)展速率。3、開展了含裂隙的類巖石試件在水巖耦合作用下的破壞機(jī)理研究工作。首先對(duì)制作類巖石試件的水泥砂漿原料的配比進(jìn)行了大膽的嘗試,經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn),最終確定了在水泥砂漿摻入硅烷基憎水劑的實(shí)驗(yàn)方案,該配比可以保持注入到試件內(nèi)部的內(nèi)水壓力,其次針對(duì)含貫穿裂隙試件在加水壓時(shí),水會(huì)從水泥砂漿預(yù)制裂隙中流走的問題,設(shè)計(jì)研發(fā)了一套研究水巖耦合作用的模具,該模具能夠?qū)⒆⑷氲皆嚰䞍?nèi)部的水流密封在試件內(nèi)部不流失,從而保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。4、開展了含貫穿裂隙試件在水巖耦合作用下的室內(nèi)壓縮實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,內(nèi)水壓力的存在會(huì)加快巖石的破壞過程和降低試件的峰值強(qiáng)度,這是由于內(nèi)水壓力的存在改變了預(yù)制裂紋范圍內(nèi)的應(yīng)力場,從而使得巖石的始裂速率快于無水壓作用下巖石的始裂速率,并且在預(yù)制裂紋始裂以后,水在裂紋尖端處的頂托和楔入作用也加速了試件的破裂過程。5、基于張拉破壞-剪切殘余準(zhǔn)則改進(jìn)的彈脆性本構(gòu)模型,模擬了含裂隙試件在不同側(cè)壓情況下裂紋始裂和擴(kuò)展過程。對(duì)比分析了三種不同側(cè)壓力下裂隙試件的裂紋始裂、擴(kuò)展過程和峰值強(qiáng)度,結(jié)果表明:施加側(cè)向壓力后,試件的始裂和破壞過程會(huì)相對(duì)延緩,而且側(cè)向壓力越大,試件的破壞越緩慢,破壞時(shí)的峰值強(qiáng)度越大。6、基于改進(jìn)的彈脆性模型確定了某地下硐室主廠房范圍內(nèi)節(jié)理巖體的力學(xué)參數(shù),并將數(shù)值模擬計(jì)算得到的地質(zhì)參數(shù)應(yīng)用到該工程洞室開挖后的穩(wěn)定性分析。
[Abstract]:The fractures , voids , etc . , which are widely present in nature , are caused not only by the influence of their own environment ( physical , chemical , etc . ) in the process of diagenesis , but also by the external environment ( tectonic movement , earthquake , volcanic eruption , etc . ) . In this paper , it is necessary to study the crack initiation , expansion and destruction of rock specimens with cracks under the action of water pressure and axial pressure . The experimental results show that the crack initiation rate is faster than the crack growth rate at the time of uniaxial compression . The experimental results show that the crack initiation rate of the test piece is slower than the crack propagation rate at the time of uniaxial compression .

【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU45

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本文編號(hào)：1437855