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大理岩高温后力学性质及其细观试验研究

蒋志坚  
【摘要】:温度作用下的裂隙岩体是高放射性核废物的地层深埋处置、地热资源开发以及大都市圈的大深度地下空间开发利用等工程中经常遇到的一类复杂岩体,高温后岩石的强度、变形等特征,将直接关系着工程设计、施工和运营稳定性。 如何从岩体中微裂纹的细观损伤演化特征出发,对不同温度下的细观损伤机制加以区分,并建立能够反映岩体细观结构演化特征的损伤力学模型是目前国内外本学科领域研究的热点与前沿问题之一。 本文以锦屏水电站的大理岩微主要研究对象,从加热后裂隙岩体的微裂纹扩展机理研究入手,研究的主要工作如下: (1) 对经历不同温度后的岩石进行单轴压缩试验,获得了岩石力学性质,研究表明,大理岩经过高温后单轴抗压强度和弹性模量都大幅度降低,大理岩的阈值温度在100℃左右,分析了单轴压缩条件下试样的破坏模式及原因。 (2) 采用SEM仪器进行了各温度下大理岩断口细观结构试验,从细观层次分析了岩石断口形貌及微裂纹类型,对微观断裂模式进行了划分,可分为穿晶、沿晶和穿晶与沿晶耦合模式。 (3) 基于统计学理论,对不同温度及循环次数下的岩石断口微裂纹参数数据统计分析,得到了岩石微裂纹几何参数在不同温度下的分布概型,并运用Monte-Carlo随机模拟的方法,再现微裂纹在工程岩体中的分布。 (4) 进行了二维裂隙网络模型的分形计算,分析不同温度条件下岩石细观损伤的分维数及其演化的分形特征,建立了分维数与温度的关系,分维数与损伤变量及宏观试验力学量之间的关系,为从传统的力学方法来探索岩石内部介质的微观变化提供了理论依据和参考。


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