首页> 中文学位 >循环三轴等增幅荷载下斜长花岗岩损伤演化研究
【6h】

循环三轴等增幅荷载下斜长花岗岩损伤演化研究

代理获取

目录

声明

摘要

第1章 引言

1.1 选题依据及研究意义

1.2 国、内外研究现状

1.2.1 岩石损伤研究进展

1.2.2 硬脆性岩石损伤演化研究

1.2.3 主要存在的不足

1.3 主要研究内容

1.4 技术路线

第2章 斜长花岗岩循环三轴等增幅荷载实验方案

2.1 研究区地质背景

2.1.1 地形地貌

2.1.2 地层岩性

2.1.3 深部变形破裂成因机制分析

2.2 斜长花岗岩试样制备及其分析检测

2.2.1 斜长花岗岩矿物成分分析

2.2.2 试样的制备

2.2.3 试样均匀性检测

2.3 斜长花岗岩试验设备

2.3.1 MTS试验机介绍

2.3.2 声发射系统及其信号提取软件介绍

2.4 岩石试验方案

2.4.1 实验方案设计依据

2.4.2 岩石试验方案

第3章 斜长花岗岩变形破坏特征

3.1 岩石物理力学参数计算

3.2 常规三轴变形破坏特征

3.2.1 强度特征

3.2.2 常规三轴应力-应变曲线全过程变化特征

3.2.3 岩石峰前变形特征

3.2.4 岩石峰后变形特征

3.2.5 岩石破坏特征

3.3 循环三轴等增幅荷载下变形破坏特征

3.3.1 强度特征

3.3.2 应力-应变全过程曲线

3.3.3 岩石峰前变形特征

3.3.4 岩石峰后变形特征

3.3.5 岩石破坏特征

3.4 本章小结

第4章 斜长花岗岩声发射特征

4.1 声发射原理

4.1.1 声发射术的特点

4.1.2 声发射参数及其分析

4.2 常规三轴声发射特性

4.3 循环三轴等增幅荷载下声发射特性

4.3.1 声发射参数特征

4.3.2 声发射Kaiser效应与Felicity效应

4.4 本章小结

第5章 循环三轴等增幅荷载下斜长花岗岩损伤演化规律

5.1 损伤变量的选取意义

5.2 累计残余应变定义及变化规律

5.2.1 残余应变的定义

5.3.2 残余应变普遍规律

5.3.3 按照残余应变的方法定义损伤变量

5.3.4 阶段划分

5.3 耗散能

5.3.1 应力功、可释放应变能和耗散能计算

5.3.2 应力功、可释放弹性应变能和耗散能变化规律

5.3.3 按照能量耗散变化的方法定义损伤变量

5.3.4 耗散能定义为损伤变量的损伤分段

5.4 累计声发射振铃计数

5.4.1 损伤变量的定义

5.4.2 累计声发射计数损伤参量的变化规律

5.5 循环三轴等增幅荷载下斜长花岗岩损伤分段

5.5.1 损伤变量的确定

5.5.2 损伤分段与阶段内的残余应变、耗散能、KN值计算

5.6 常规三轴加卸载条件下斜长花岗岩损伤演化研究

5.7 循环三轴等增幅荷载条件下斜长花岗岩损伤演化规律

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果

展开▼

摘要

如何评价损伤导致的岩体质量劣化已成为大型工程建设的热点问题。本文依托导师国家自然科学基金项目(NO.4127233)一类不对称发育的深卸荷形成演化机制,以金沙江叶巴滩水电站右岸新鲜斜长花岗岩为研究对象,以探究“深部变形破裂”发育过程中的岩石损伤演化规律为目的,通过室内常规三轴加、卸载试验以及循环三轴等增幅加、卸载试验与同步声发射采集,得到了不同赋水状态和不同围压下斜长花岗岩的变形破坏特征以及声发射变化规律,进一步分析其损伤演化过程,主要研究成果如下:
  (1)相比常规三轴压缩条件下,循环三轴等增幅荷载条件下的弹性模量有明显降低,且随着围压的增加其降低幅度更大。表明在循环加卸载作用下,斜长花岗岩强度更容易发生劣化,并且随着围压的增加这种现象更加显著。
  (2)对比天然、饱和两种状态下的循环三轴等增幅荷载试验结果,饱和状态时在5MPa围压下,峰值抗压强度下降百分比为13.84%;在10MPa围压下,下降百分比为7.99%;在20MPa围压下,下降百分比为10.58%;在30MPa围压下,下降百分比为15.89%。这表明地下水的存在对岩体的力学性质劣化比较明显。
  (3)在常规三轴压缩试验中,围压为5MPa、10MPa的天然试样,其峰后变形、破坏发展方式呈非稳定破裂传播型(Ⅱ型),在30MPa围压下呈稳定破裂传播型(Ⅰ型)。在循环三轴等增幅荷载试验中,天然试样与饱水试样峰前的塑性变形量很小,表现出明显脆性特征,其峰后变形方式均呈非稳定破裂传播型(Ⅱ型)。
  (4)在常规三轴压缩试验中与循环三轴等增幅荷载试验中,岩石的破裂性质具有较强的张剪性破裂特征。随着围压的增大,试样的主裂纹与主应力夹角逐渐增大,但总体在15°~35°之间,次裂纹与主应力的夹角整体上也逐渐增大,并逐渐从张性破坏过渡到张剪破坏,这说明岩样的剪切属性比重逐渐增加。
  (5)常规三轴的声发射特征:压密与弹性变形阶段,声发事件数极少,相较整个变形过程的事件总数,所占比重在1%~3%之间;裂纹稳定发展阶段,声发射事件数有一定的增长,KN值在3.5%~7%之间,相较前面两个阶段所占比重增加;裂纹不稳定发展阶段,KN值是裂纹稳定阶段的10倍甚至20倍,声发射事件数急剧增加。
  (6)循环三轴的声发射特征:声发射空白期,累计声发射振铃计数曲线近乎水平,KN值极小,均值在5%之间。声发射匀速增长期:累计声发射振铃计数曲线随时间呈阶梯状匀速上升,KN值平均为15%。声发射加速增长期:累计声发射振铃计数曲线随时间呈加速增长趋势,KN值平均为80%,声发射事件数主要集中在这一阶段。天然试样循环初期会间断地或持续地出现Kaiser效应,当应力超过某一值时,开始产生Felicity效应;循环三轴饱水试样在循环过程中不出现Kaiser效应仅产生Felicity效应。
  (7)循环三轴等增幅荷载条件下斜长花岗岩损伤演化过程: a)损伤初期,岩石累计残余应变与累计耗散能基本为0,且KN值基本可忽略不计,该阶段岩石内并未有破裂点的产生,损伤值为0;b)损伤平稳期,残余应变变化幅度极小,耗散能增长缓慢,累积声发射振铃计数曲线近乎呈平直线,KN值在0.1%~10%之间,岩石内部有新的破裂点产生,损伤开始累积,但相较于整个破坏过程,该阶段的损伤值可忽略。c)损伤匀速增长期,残余应变逐渐减小,耗散能快速增长,累积声发射振铃计数曲线呈阶梯状等速增加,KN值在4%~20%之间,岩石内部有大量新的破裂点产生,破裂点逐渐形成新的裂纹,事件数的比重系数也较大,直接导致损伤的开始。d)损伤加速增长期,残余应变逐渐增加,耗散能急速增长,累积声发射振铃计数曲线呈阶梯状加速增加,KN值在77%~96%之间。岩石内部有大量新的破裂点产生,形成新的裂纹或是原有裂纹逐渐扩展、汇集成宏观裂纹,最终发展为贯通性破坏面,导致岩石的整体破坏,损伤在这一阶段急速累积,这一阶段的破裂点基本占整个阶段的4/5,岩石的损伤破坏主要通过这一阶段实现。

著录项

相似文献

  • 中文文献
  • 外文文献
  • 专利
代理获取

客服邮箱:kefu@zhangqiaokeyan.com

京公网安备:11010802029741号 ICP备案号:京ICP备15016152号-6 六维联合信息科技 (北京) 有限公司©版权所有
  • 客服微信

  • 服务号