收藏本站
《武汉大学》 2012年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

软岩瞬时及流变力学特性试验研究

王宇  
【摘要】:随着我国国民经济的快速发展,交通、矿山、水利水电等工程领域出现了大量的边坡、地下洞室、坝基等岩土工程,这些岩土工程中存在的岩体的稳定性问题通常是工程建设进程与安全的重要制约因素。影响岩体稳定性的因素众多,诸如岩体所处的应力状态、各向异性、尺寸效应、节理倾角以及随时间推移产生的流变效应等。地下工程的施工经常遇到软弱岩体,大规模的地下开挖及回填使得地下工程周围地基的稳定性和软岩地基的力学特性研究显得十分重要和迫切。本文以典型软岩-泥质粉砂岩和软弱夹层为主要研究对象,研究了考虑应力路径、节理倾角及卸荷速率等因素影响下的软岩瞬时力学特性及其在恒定外荷载长期作用下的流变力学特性,主要研究工作如下: (1)对完整软岩进行了瞬时三轴压缩试验,研究了不同围压下的软岩强度、变形及破坏特征。试样结果表明,软岩瞬时三轴压缩过程中表现出典型的延性破坏特征,随围压增高未出现明显的脆-延转化点。 (2)对含三种不同倾角的断续节理软岩进行了瞬时三轴压缩试验,结果表明,节理软岩瞬时三轴压缩强度明显低于完整软岩,且节理倾角40°的试样强度最高,0°的其次,60°的最低,且随着围压的增高,节理对试样的应力应变特性影响程度降低。节理倾角60°的试样破坏时沿预制节理面端部扩展形成贯通破裂面,节理倾角分别为0°和40°的试样则从左右节理面端部开始沿近轴向应力方向扩展直至形成一组至两组贯通剪切破裂面,预制断续节理间并未贯通形成破坏面。 (3)对完整软岩进行了不同卸围压速率下的恒轴压卸围压试验,试验结果表明,试样达到破坏所需的围压卸荷量随卸荷速率加快呈对数形态增大,且应力应变特性及破坏特征均受卸荷速率影响显著。根据试验结果,提出反映试样卸荷过程中的变形模量随围压卸荷量变化规律的公式E(σU)=a*e(b/σuc+d)并在其中引入参数c表征不同的卸荷速率。 (4)对含不同倾角断续节理软岩进行恒轴压卸围压试验,试验结果表明,预制节理对试样强度影响显著,含节理试样破坏所需的围压卸荷量约为完整试样的58%-84%,且节理倾角为60°的试样强度降低最显著。节理试样卸荷破坏时,变形模量降低幅度较大,其降低程度为同条件下完整试样的2-3倍。与完整试样相比,节理倾角0°和40°的试样的峰值变形及残余变形和完整试样接近,而节理倾角60°的试样峰值及残余变形明显小于完整试样。节理倾角对试样破坏形态影响显著,节理倾角与试样剪切破坏角之间关系较为复杂,无明显规律可循。 (5)根据亭子口水利枢纽坝基实际工程应力状态,进行了一组四级正应力水平下的软弱夹层剪切流变试验,试验结果表明,软弱夹层剪切流变变形特性显著,在各级剪应力水平下有较大的流变变形量。根据试验结果分析,提出用u=m×enτ的指数函数关系可以较好的表征试样的平均及稳态流变速率变化规律,并基于等时簇曲线法,提出利用u-△τ/△u曲线确定流变屈服拐点的新方法,结果证明该方法便捷直观,能准确的确定软弱夹层的长期抗剪强度,对工程实际具有一定的参考价值。 (6)根据亭子口水利枢纽坝基实际工程应力状态,进行了一组四级正应力水平下的软岩剪切流变试验,试验结果表明软岩流变特性与软弱夹层基本相似,但软岩流变变形量远小于软弱夹层。根据软岩流变曲线特征提出了软岩剪切流变经验方程u=u0+A(1-exp(-Bt))+Ctn,拟合结果表明该经验方程能较好的反映软岩各阶段的流变变形特征。 (7)通过瞬时三轴压缩试验确定了完整软岩在不同围压下的抗压强度,据此确定出软岩试样在不同围压下的三轴压缩流变试样的轴向应力水平分级方案。采用RLW-2000岩石三轴流变试验机对完整软岩进行了不同围压下的三轴流变力学试验,分析了不同围压条件下软岩试样的轴向及侧向变形随时间的变化规律;探讨了加速流变阶段软岩试样流变变形及速率的发展趋势和特征;分析了不同围压条件下的软岩试样三轴流变破裂形式与机制。 (8)基于软岩三轴压缩流变试验结果,采用RLW-2000岩石三轴流变试验机对完整及节理软岩进行了不同应力水平及不同围压下的三轴卸荷流变力学试验,分析了不同应力水平及围压条件下完整及节理软岩试样的轴向及侧向变形随时间的变化规律;探讨了加速流变阶段完整及节理软岩试样流变变形及速率的发展趋势和特征。 (9)基于软岩试样三轴流变全过程曲线,参考流变本构模型的选取及参数辨识流程,利用线性Burgers流变本构模型,通过Levenberg-Marquardt非线性优化最小二乘法对软岩试样流变模型参数进行了辨识,并分析了辨识所得的试样轴向及侧向流变参数随应力水平及围压的变化规律。 (10)以线性Burgers流变模型为基础,将一个新的黏性元件与Burgers模型串联起来,并在该元件的黏滞系数ηD中引入损伤因子D,建立了一个新的非线性损伤流变模型,以便更好的描述流变全过程曲线中的非线性加速流变变形阶段。验证结果表明该模型能与流变试验曲线很好的吻合,反映了该模型的正确性与合理性。 (11)采用提出的非线性损伤流变模型对亭子口水利枢纽坝基工程进行了数值模拟计算,研究了坝基岩体的流变力学特性及其长期稳定性,研究成果对亭子口水利枢纽坝基岩体的长期稳定与安全具有一定的参考价值和指导意义。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前18条
1 左亚;王宇;唐亮;曹毅;周时;姜桥;;节理软岩卸荷流变力学特性试验研究[J];水利水电技术;2014年11期
2 赵延林;曹平;陈沅江;李江腾;袁海平;;分级加卸载下节理软岩流变试验及模型[J];煤炭学报;2008年07期
3 李小帅;唐烈先;张颖;郭鑫;;节理倾角对岩体破坏特性影响的单轴压缩数值试验[J];辽宁科技大学学报;2015年06期
4 陈新;孙靖亚;杨盼;冯中亮;谢统冠;陈柯辛;;节理间距和倾角对岩体单轴压缩破碎规律的影响[J];采矿与安全工程学报;2017年03期
5 王伟力;;节理特征对隧道围岩压力的影响规律研究[J];中国水运(下半月);2015年05期
6 王同旭;马德鹏;郝清旺;;节理巷道变形非均匀性与锚杆支护优化[J];山东科技大学学报(自然科学版);2012年06期
7 夏玉成;杜荣军;;节理倾角对采煤沉陷影响的数值实验研究[J];矿业安全与环保;2008年06期
8 王学滨;;节理倾角对单节理岩样变形破坏影响的数值模拟[J];四川大学学报(工程科学版);2006年02期
9 刘学增;刘文艺;索超峰;;节理倾角对公路隧道围岩塌落拱影响分析[J];现代隧道技术;2014年06期
10 闫月龙;徐涛;任思玉;Wasantha PLP;张云杰;;节理产状对岩石单轴抗压强度的影响研究[J];地下空间与工程学报;2016年04期
11 范文臣;曹平;张科;;压剪作用下节理倾角对类岩石材料破坏模式的影响[J];中南大学学报(自然科学版);2014年04期
12 张国凯;李海波;夏祥;李娜娜;柴少波;;节理特性对岩体力学性能的影响[J];中南大学学报(自然科学版);2016年12期
13 王卫华;李坤;严哲;唐修;;节理压缩闭合试验前后表面形态特征变化分析[J];黄金科学技术;2016年06期
14 王瑞红;邓捷;刘杰;蒋昱州;郭金龙;;节理对砂岩变形及破坏特征影响研究[J];地下空间与工程学报;2017年01期
15 吴玉厚;田军兴;王贺;孙健;张弛;刘敏;;含有节理特征的岩石对滚刀速度的适应性研究[J];煤矿机械;2015年12期
16 吴顺川;高艳华;李永兵;刘波;柴金飞;高斌;;法向循环加卸载条件下节理力学特征研究[J];岩石力学与工程学报;2015年S2期
17 谭青;张旭辉;夏毅敏;朱逸;易念恩;张佳;;不同围压与节理特征下盘形滚刀破岩数值研究[J];煤炭学报;2014年07期
18 史玲;蔡美峰;赵坚;;充填节理破坏机理及实验[J];北京科技大学学报;2012年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 许宏发;;节理表面分形特征与分维计算[A];面向21世纪的岩石力学与工程:中国岩石力学与工程学会第四次学术大会论文集[C];1996年
2 黄丹;王剑峰;;光滑节理模型在锦屏大理岩中的应用研究[A];颗粒材料计算力学研究进展[C];2012年
3 蒋明镜;孙亚;陈贺;袁聚云;;节理岩质边坡失稳启滑过程的离散元数值模拟[A];2014颗粒材料计算力学会议论文集[C];2014年
4 夏才初;孙宗颀;;节理表面形貌的室内和现场量测及其应用[A];全国岩石边坡、地下工程、地基基础监测及处理技术学术会议论文选集[C];1993年
5 G·Feder;范元勋;;流体在节理中的流动——试验室试验与计算[A];岩石与混凝土灌浆译文集[C];1995年
6 许莹;洪深泽;周明智;;模拟接触摩擦的节理单元与本体单元耦合关系的研究[A];第八届全国塑性加工学术年会论文集[C];2002年
7 许莹;洪深泽;周明智;;模拟接触摩擦的节理单元与本体单元耦合关系的研究[A];制造业与未来中国——2002年中国机械工程学会年会论文集[C];2002年
8 田景瑞;;岩石的物理性质与节理变化的关系[A];中国地震学会第五次学术大会论文摘要集[C];1994年
9 朱维申;王平;;适于软岩的新型锚固方法的数理模拟研究[A];岩石力学在工程中的应用——第二次全国岩石力学与工程学术会议论文集[C];1989年
10 王同良;阮书期;;论软岩工程的技术发展[A];面向21世纪的岩石力学与工程:中国岩石力学与工程学会第四次学术大会论文集[C];1996年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 毛永智 梅宁生 米宁平 通讯员 杨洲;“三高”软岩区创造的工程奇迹[N];中国交通报;2018年
2 记者 胡艳波 通讯员 段继新;我国软岩大变形控制技术取得突破[N];人民铁道;2015年
3 赵维海;亭南矿井软岩治理项目进入实施阶段[N];经理日报;2008年
4 王盟;芦岭煤矿建成全国首个软岩工作面[N];中国矿业报;2016年
5 本报记者 梅宁生 米宁平 通讯员 岑振操;鏖战六盘山 软岩筑通途[N];中国交通报;2015年
6 王欢院 安立广 李晓明;“秦岭山区变质软岩路堤修筑技术研究”应用取得巨大效益[N];陕西日报;2010年
7 记者 严元俭 通讯员 杜一岳 严雪丰 ;5000万根节理石柱惊现衢州[N];浙江日报;2003年
8 记者 王新波;湖南局刮刀钻头解决软岩超深钻问题[N];中煤地质报;2010年
9 张先余;衢州:耸立着5000万根节理石柱[N];地质勘查导报;2007年
10 姜书范 伍振;十八局集团长隧软岩快速施工创佳绩[N];中国铁道建筑报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王宇;软岩瞬时及流变力学特性试验研究[D];武汉大学;2012年
2 孙旭曙;节理岩体卸荷各向异性力学特性试验研究及工程应用[D];武汉大学;2013年
3 苏楠;基于节理组构的应变分析及其在碎屑岩褶皱中的应用[D];浙江大学;2013年
4 朱杰;白垩系地层冻结软岩的损伤和蠕变特性研究[D];安徽理工大学;2014年
5 王东;物化型软岩电化学改性机理研究[D];太原理工大学;2010年
6 邱恩喜;道路软岩边坡设计研究[D];西南交通大学;2009年
7 雷光伟;岩体节理几何特征研究及三维网络模拟[D];重庆大学;2015年
8 陈昕;节理粗糙度对岩体抗压动态力学特性影响的实验研究[D];北京科技大学;2016年
9 奚家米;深厚富水软岩井筒冻结壁力学特性及应用研究[D];西安科技大学;2011年
10 秦楠;压力和温度对类软岩强度、损伤耗能及蠕变影响的研究[D];青岛科技大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭冠龙;昊锦塬煤矿含充填节理巷道围岩控制技术研究[D];中国矿业大学;2015年
2 苑俊杰;节理的存在对隧道动力响应的影响分析[D];西南交通大学;2011年
3 段国勇;特定角度组合节理岩体卸荷力学特性试验研究[D];三峡大学;2015年
4 罗扬;黄土节理渗流特性的试验研究及节理黄土水分场数值分析[D];西安建筑科技大学;2011年
5 柏凯红;加锚节理力学特性及其边坡稳定性研究[D];重庆大学;2015年
6 赵颖;十天高速公路变质软岩膨胀崩解及强度性质试验研究[D];长安大学;2012年
7 房江锋;黄土节理抗剪强度和渗透性试验研究及工程应用[D];西安建筑科技大学;2010年
8 王小平;西霞院水库软岩硬土工程特性试验研究[D];河海大学;2007年
9 于博;六盘山地区硬土软岩特殊工程性质研究[D];长安大学;2005年
10 徐锡;含节理类岩石材料破裂演化及声发射特征研究[D];中国矿业大学;2016年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978