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动应力场-渗流场耦合作用下砂岩流变损伤特性试验研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状综述

1.2.1 岩石应力场-渗流场耦合研究现状

1.2.2 岩石流变特性研究现状

1.2.3 岩石流变损伤模型研究现状

1.3 论文主要研究内容

1.4 论文研究思路及技术路线

1.4.1 论文的研究思路

1.4.2 论文的技术路线

第二章 动应力场-渗流场耦合作用下砂岩流变损伤试验方案与试验过程

2.1 试验方案

2.1.1 试验目的

2.1.2 试验初步方案

2.1.3 试验具体方案

2.2 试验过程

2.2.1 试验设备

2.2.2 试样的制备

2.2.3 试验过程

第三章 动载大小、动载频率对试样流变特性影响试验结果分析

3.1 动载大小、动载频率对试样轴向、径向变形的影响

3.1.1 动载大小对试样轴向、径向变形的影响

3.1.2 动载频率对试样轴向、径向变形的影响

3.2 动载大小、动载频率对试样轴向、径向应变速率的影响

3.2.1 试样各阶段轴向、径向应变速率曲线

3.2.2 动载大小对试样轴向、径向应变速率的影响

3.2.3 动载频率对试样轴向、径向应变速率的影响

3.3 动载大小、动载频率对试样轴向、径向滞回曲线的影响

3.3.1 试样各阶段轴向、径向滞回曲线

3.3.2 动载大小对试样轴向、径向滞回曲线的影响

3.3.3 动载频率对试样轴向、径向滞回曲线的影响

第四章 渗流压力、动载大小对试样流变特性影响试验结果分析

4.1 渗流压力和动载大小对试样轴向、径向变形的影响

4.1.1 渗流压力对试样轴向,径向变形的影响

4.1.2 动载大小对试样轴向、径向变形的影响

4.2 渗流压力、动载大小对试样轴向、径向应变速率的影响

4.2.1 试样各阶段轴向、径向应变速率曲线

4.2.2 渗流压力对试样轴向、径向应变速率的影响

4.2.3 动载大小对试样轴向、径向蠕变速率的影响

4.3 渗流压力、动载大小对试样轴向、径向滞回曲线的影响

4.3.1 试样各阶段轴向、径向滞回曲线

4.3.2 渗流压力对试样轴向、径向滞回曲线的影响

4.3.3 动载大小对试样轴向、径向滞回曲线的影响

第五章 试样流变损伤破坏过程中能量耗散规律研究

5.1 岩石在循环荷载下能量的耗散特性

5.1.1 岩石流变损伤过程中的主要能量种类

5.1.2 试样在一个周期循环荷载作用下能量转化及能量耗散计算方法

5.2 试样流变损伤破坏过程中能量耗散规律研究

5.2.1 动载大小、动载频率对试样能量耗散的影响规律

5.2.2 渗流压力、动载大小对试样能量耗散的影响规律

第六章 动应力场-渗流场耦合作用下砂岩损伤演化方程与动态流变损伤模型研究

6.1 损伤演化方程

6.1.1 损伤及损伤变量

6.1.2 损伤变量的选取-轴向动应变

6.1.3 以轴向动应变为损伤变量的损伤度变化规律

6.1.4 基于能量耗散规律的损伤演化模型

6.1.5 模型参数拟合及损伤演化方程

6.2 动态流变损伤力学模型与力学方程

6.2.1 流变基本元件及几种常见的流变模型

6.2.2 动态流变损伤力学模型与力学方程

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

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摘要

机械振动、交通荷载、地震等产生的动应力场与降雨等因素所产生的渗流场耦合,会加快软岩的流变损伤,导致滑坡、崩塌、泥石流等严重的地质灾害。因此,加强对动应力场-渗流场耦合作用下软弱岩体的动态流变损伤特性的研究具有重要的理论和实际意义。论文以软弱砂岩为研究对象,利用重庆大学煤炭灾害与控制国家重点实验室的RLW-2000M煤岩三轴流变试验机研究了砂岩在动应力场-渗流场耦合作用下的动态流变损伤特性。具体的研究内容如下:  (1)通过采集-钻芯-切割-打磨-浸泡等过程制备饱和的砂岩试样,根据砂岩试样的全应力-应变曲线及试验设备的实际情况合理的确定试验方案。  (2)制备4组饱和的砂岩试样,试验过程中的围压和渗流压力不变,使试样分别在呈正弦变化的四种不同频率的动态荷载下振动,每一组试验的动载分四个级别施加,直至试样发生破坏,研究动载大小及动载频率对砂岩轴向变形、径向变形、轴向应变速率、径向应变速率、轴向应力-应变曲线、径向应力-应变曲线的影响特性。  (3)制备4组饱和的砂岩试样,试验过程中的围压和动载频率不变,使试样分别在呈正弦变化的四种不同动载范围的荷载下振动,每一组试验的渗流压力分四个级别施加,直至试样发生破坏,研究渗流压力及动载大小对砂岩轴向变形、径向变形、轴向应变速率、径向应变速率、轴向应力-应变曲线、径向应力-应变曲线的影响特性。  (4)基于试样在试验过程中能量耗散演化规律,选取每个试样在不同分级加载阶段下初期的一个滞回环研究,计算其能量耗散的大小,分析动载大小、动载频率、渗流压力对试样的能量耗散影响特性,从而揭示能量耗散与试样损伤演化之间的相互关系。  (5)选取轴向动应变作为损伤变量,经理论推导得到试样的损伤度表达式,并根据试验数据得到试样损伤度的变化规律,基于能量耗散规律建立了试样的损伤演化模型,在此基础上利用origin8.0软件对已建立的损伤演化模型中的参数进行拟合,得到了试样的损伤演化方程。  (6)根据已有的流变模型,建立砂岩试样的流变损伤力学模型,考虑动载和渗流对试样的耦合作用,并引入损伤演化和渗流劣化,推导了动应力场-渗流场耦合作用下的动态流变损伤方程。

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