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岩石蠕变扰动效应与损伤特征理论与试验研究

付志亮  
【摘要】: 不同埋深的巷道,所受应力状态不同,则所处的稳定状态也不相同。当巷道埋深较大时,越接近临界稳定状态;此时较小的扰动便可以导致裂纹的大规模瞬时动力扩展,诱发巷道的失稳破坏。因此,研究岩石的蠕变特性以及岩石在扰动载荷作用下的损伤,建立蠕变扰动效应理论,对深井开采及支护具有重要的意义。本文围绕岩石的蠕变特性和蠕变扰动效应,应用新研制的三轴蠕变扰动仪、MTS和弯曲试验仪,进行了一系列室内试验。论文的创新点和主要结论如下: 通过对岩石低围压分级加载条件下的三轴压缩蠕变试验发现:围压对岩石的强度、破坏形态以及横向、轴向蠕变有明显影响。 在岩石静载三轴蠕变试验基础上,进行了三轴蠕变扰动效应试验。在围压相同情况下,岩石的蠕变损伤与扰动冲击荷载能量有关。 通过试验研究了岩石循环冲击扰动荷载作用下蠕变的变化,进而研究了岩石的重力冲击扰动损伤特性。在围压相同的情况下,岩石的循环冲击扰动损伤与冲击扰动次数和扰动荷载冲量有关。 采用岩石三轴加载和CT专用设备,对岩石蠕变破坏细观机理进行了初步的研究。结果表明岩石蠕变损伤破坏过程是岩石试件的CT数减小、方差增大,岩石发生了脆性破坏。与连续扰动蠕变破坏相比,单次扰动蠕变破坏更具有突发性。在热力学框架内推导了岩石材料的蠕变损伤本构关系。 通过试验研究了灰砂岩梁、红砂岩梁以及油页岩梁的弯曲蠕变及其扰动效应问题。研究表明:受到扰动载荷的岩梁试件断口形态不整齐,断口开裂部位偏离岩梁中性面。考虑到粘弹性蠕变特性,在一定扰动载荷水平的作用下,经历一段时间后,岩梁可出现延迟性蠕变失稳。


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