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《中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所)》 2009年
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温度周期变化和渗透压力作用下大理岩蠕变试验与理论模型研究

梁玉雷  
【摘要】: 随着西部大开发的进行,岩土工程所处的环境日益复杂,使得岩体的性质发生了很大的变化,工程灾害也日益增多。温度周期变化(季节)带来的大温差,会使岩体产生温度应力和时效变形,造成岩体裂隙的周期性扩张与收缩。针对上述问题本文开展了一系列温度周期变化与渗透压力作用下大理岩蠕变试验,获得了温度周期变化和渗透压力作用下大理岩时效变形规律;建立了温度周期变化和渗透压力作用下大理岩热黏弹塑性蠕变模型;并将所建立的热黏弹塑性本构方程引入温度-水-应力(THM)三场耦合理论中,采用有限元方法模拟了温度周期变化与渗透压力作用下大理岩的蠕变行为。主要研究工作及获得的有益认识如下: 1、通过大理岩在不同温度、水压、轴压和围压条件下的三轴蠕变试验,分析了大理岩在不同温度、水压、轴压和围压下轴向变形随时间的变化规律,研究了温度周期变化和渗透压力作用下大理岩蠕变的变形机制,掌握了温度周期变化和渗透压力作用对大理岩三轴蠕变影响的基本规律。试验表明:90℃恒温条件下比30℃恒温条件下大理岩的蠕变变形量和瞬时弹性变形量均减少,同时蠕变变形量和瞬时弹性变形量的比值也减少,30℃至90℃温度周期变化作用下,大理岩轴向蠕变变形随温度周期变化次数的增加呈阶梯状增加,说明温度周期变化造成大理岩的损伤,孔隙水压力的存在使岩石的蠕变变形量与瞬时弹性变形量的比值增大,提高了温度周期变化造成大理岩的损伤影响,而围压的增加使岩石的蠕变变形量与瞬时弹性变形量的比值明显减小,同时对温度周期变化造成大理岩的损伤量增大。 2、在三轴蠕变试验规律的基础上,把热弹性元件及温度周期变化损伤因子引入西原体模型,建立了温度周期变化和渗透压力作用下大理岩热黏弹塑性蠕变模型。模型与试验相吻合,较好地反映了温度周期变化和渗透压力对大理岩蠕变的影响。 3、将建立的大理岩热黏弹塑性蠕变本构方程引入THM三场耦合理论,建立了考虑温度周期变化THM三场耦合控制方程组,利用伽辽金法(Galerkin)得到了考虑温度周期变化THM三场耦合控制方程组的等价弱形式,获得了考虑温度周期变化THM三场耦合控制方程组的有限元计算公式。运用Visual Fortran编制了考虑温度周期变化THM三场耦合蠕变的有限元计算程序,模拟再现了温度周期变化和渗透压力作用下大理岩蠕变行为的影响。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TU458

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