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《山东农业大学》 2019年
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不同含水率下类岩石材料短时蠕变力学特性研究

孟琪  
【摘要】:本文主要通过水泥砂浆研究不同含水率下类岩石材料蠕变特性。首先对水泥砂浆试件进行处理,将试件烘干后分为6组,分别对6组试件进行不同时间的浸泡,以取得不同的含水率,将试件擦干后称重并密封保存。根据单轴压缩试验结果确定加载等级,每次加载2h,若试件未发生破坏其应力加载等级增加2MPa,采用SAW-2000型微机控制电液伺服岩石三轴试验机对不同含水率的6组水泥砂浆试件进行单轴压缩蠕变试验,据此得到蠕变试验曲线,并分析蠕变试验曲线的蠕变量与蠕变比、蠕变速率以及蠕变劲度模量。通过透反射偏光显微镜对单轴压缩试验所得到的破坏试件进行宏观及细观上的破坏形态分析。根据单轴压缩蠕变试验结果,选用博格斯模型,对试验数据进行拟合,得到含水率对水泥砂浆的蠕变模型参数影响及其变化规律,得到不同含水率对水泥砂浆的蠕变本构关系的影响,同时通过FLAC~(3D)软件对拟合出来的蠕变本构关系参数进行验证。(1)通过对破坏的试件进行宏观和细观的观察,在持续荷载的作用下,试件具有非常明显的压酥现象,水泥砂浆内部的不均性,导致水泥砂浆内部存在许多软弱面,在长期持续荷载的作用下,原生软弱面不断发展,逐渐在试件的内部形成贯穿整个试件的裂缝,导致试件发生破坏。(2)混凝土主断裂面的粗糙程度随着含水率的增高而逐渐降低,随着含水率的减小,在放大100倍的情况下,分形维数依次减小1.45%,-0.27%,0.80%,1.05%,1.03%;放大400倍时,分形维数依次减小1.08%,0.93%,1.28%,1.05%,1.61%;放大600倍时,分形维数依次减小1.08%,0.93%,1.28%,1.05%,1.61%。说明试件中的水分会促进内部的水化反应,对于试件的蠕变破坏起到了促进的作用,从细观层次证明随着含水率增高水泥砂浆试件的脆性降低。(3)通过单轴压缩蠕变试验得到的不同含水率水泥砂浆试件的蠕变试验曲线基本一致,完整的包括了蠕变的三个阶段。(4)通过对不同含水率的单轴分级加载短时蠕变试验结果进行分析,当加载等级相同时,水泥砂浆的蠕变量蠕变比以及蠕变速率均与水泥砂浆的含水率呈正相关,而蠕变劲度呈负相关。其中,随含水率的降低,蠕变量依次降低30.68%、52.41%、39.76%、34.22%、40.15%,而蠕变比依次降低3.97%、12.28%、10.39%、36.25%、44.23%,此趋势说明水泥砂浆经过浸泡后其内部孔隙水含量增高,对于水泥砂浆中各成分起到润滑作用,导致各组分之间的粘结度降低,随着含水率的增大,各成分之间的联系越来越小,导致水泥砂浆试件的塑性增加,其脆性随之降低;水泥砂浆的蠕变速率与含水率成正比,在第一阶预设荷载作用下,蠕变速率随含水率的降低依次降低82.21%,40.15%,46,13%,61.05%,46.24%,说明随着含水率的增加,水泥砂浆抵抗变形的能力逐渐减弱;而蠕变劲度模量则随含水率的增高而降低。通过对蠕变量与蠕变比、蠕变速率以及蠕变劲度模量四个与蠕变特性相关的重要参数分析,表明含水率对水泥砂浆的蠕变起促进作用,随着含水率的升高,蠕变特性逐渐增强。(5)对相同含水率不同加载等级的单轴蠕变试验结果进行分析,随着加载等级的升高,蠕变量、蠕变比及蠕变速率是呈先降低后增加的趋势,说明水泥砂浆试件抵抗瞬时塑性变形的能力增强,即表现出硬化现象,随着加载等级的继续提高出现了软化现象。(6)根据单轴分级加载短时蠕变试验结果,选用博格斯模型对不同含水率水泥砂浆试件的蠕变本构关系进行拟合,在加载等级相同时,随着含水率的增加,博格斯模型的弹黏性参数都呈现一定规律的变化:水泥砂浆的弹性模量与含水率成反比,说明水泥砂浆的刚度随着含水率的增加呈降低趋势;水泥砂浆的粘滞系数与含水率成反比,同样说明水泥砂浆粘性的降低,同时通过FLAC~(3D)软件对于博格斯模型进行模拟,证明了其参数是可靠的。
【学位授予单位】:山东农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TU45

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