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《中南大学》 2012年
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沙坝土矿红页岩蠕变特性室内试验与数值模拟研究

何涛  
【摘要】:岩石作为地下工程建筑中主要工程材料,其物质组成成分和所赋存的复杂地质环境使其具有明显的时效性,对地下岩体工程的稳定有着重要的理论意义和实用价值。目前,在岩石蠕变特性的研究方面室内试验研究是不可或缺的基础性工作,试验结果可以为揭示岩石不同应力水平条件下的蠕变属性、建立合适的蠕变模型和进行岩体数值模拟分析提供重要的蠕变参数。 本文针对沙坝土矿区红页岩开展了室内蠕变试验研究和数值模拟研究工作,主要取得了如下几个方面的结论和研究成果: (1)从沙坝土矿640试验巷道采集了红页岩样本,加工成标准试件对试件进行了单轴压缩试验、单轴抗拉试验、剪切试验基本试验。得出了红页岩的抗压强度、抗拉强度、弹性模量及泊松比、粘结力和内摩擦角等基本力学参数;软化试验结果表明,红页岩的单轴抗压强度随着含水率的提高逐渐降低,在强制饱水状态下极易发生局部崩解破坏;并从膨胀性试验中得到了红页岩的膨胀性系数和红页岩在遇水后最初两个小时变形最显著的特点。 (2)以沙坝土矿红页岩为研究对象,采用分级增量加载方式,进行了红页岩单轴条件下蠕变压缩试验。发现红页岩试件的长期强度为瞬时单轴抗压强度的70%-80%;并根据蠕变试验所得曲线和数据,按照可恢复的瞬时弹性应变、滞后粘弹性应变、不可恢复的瞬时塑性应变与粘塑性应变进行数据分析和整理,得出了沙坝土矿红页岩的基本蠕变参数。 (3)根据红页岩蠕变曲线特征对红页岩蠕变模型中可能存在的基本元件及其组合方式进行了辨识分析,引入能描述瞬时弹性变形、减速变形、等速蠕变形式的Burgers模型,采用阻尼最小二乘法,根据模型方程对蠕变试验曲线进行了拟合,获得了各分级应力下的蠕变参数。试验曲线和理论曲线能较好吻合,说明Burgers模型能较合理地描述沙坝土矿深部红页岩的蠕变特性。 (4)在室内蠕变试验基础上进行了数值模拟。由于试验条件所限,无法进行横向位移的监测和开展三轴蠕变压缩试验,所以在数值模拟中分析了红页岩横向蠕变规律,并进行了三轴蠕变特性分析。单轴压缩蠕变试验结果发现,单轴压缩蠕变模拟曲线和室内试验曲线形状相似,模拟效果良好;横向蠕变小于轴向蠕变;三轴压缩蠕变试验模拟结果表明,随着围压的升高,轴向位移位移值减小。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TU458

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