【摘要】：節(jié)理裂隙作為自然界巖體的構(gòu)造缺陷之一,其構(gòu)造特征以及物理力學(xué)性質(zhì)影響和決定著整個(gè)巖體的物理力學(xué)特性。節(jié)理巖體損傷斷裂機(jī)制探究,是目前巖石力學(xué)界最前沿的研究方向,也是巖體工程中急需解決的難題。為了研究節(jié)理巖體單軸壓縮條件下的斷裂損傷破壞機(jī)制,采用水泥砂漿試驗(yàn)材料,通過(guò)預(yù)制節(jié)理法制備類(lèi)巖石模型試件,再利用WAW-1000C微機(jī)控制電液伺服機(jī)對(duì)養(yǎng)護(hù)好的試件進(jìn)行單軸分級(jí)加載壓縮試驗(yàn)。壓縮過(guò)程中借助ZBL-U520非金屬超聲波檢測(cè)儀對(duì)試件進(jìn)行波速測(cè)試,記錄不同荷載下超聲波速,同時(shí)通過(guò)PTS-C10裂紋測(cè)寬儀測(cè)量節(jié)理裂縫寬度,記錄不同荷載下部分節(jié)理裂縫寬度的變化。同時(shí)在整個(gè)加載過(guò)程中采用高速攝像設(shè)備觀察、記錄試件節(jié)理表面新生裂紋的萌發(fā),擴(kuò)展和貫通過(guò)程。得到主要結(jié)論如下:(1)巖體滑動(dòng)裂紋模型理論對(duì)單軸壓縮下節(jié)理尖端起裂分析是適用的,能夠很好的解釋實(shí)驗(yàn)節(jié)理起裂現(xiàn)象,累積損傷理論也能很好的反應(yīng)試驗(yàn)中超聲波速的衰減規(guī)律。(2)單軸加載壓縮過(guò)程中,節(jié)理尖端部會(huì)萌生出包括翼型裂紋、次生傾斜裂紋和次生共面裂紋三大類(lèi)新生細(xì)裂紋,但是并不是所有節(jié)理尖端都會(huì)萌生新裂紋,同時(shí)在試件邊界位置處會(huì)有貫穿整個(gè)試件的張拉裂紋產(chǎn)生。就裂紋出現(xiàn)先后而言,張拉裂紋一般出現(xiàn)較早,對(duì)于節(jié)理尖端裂紋起裂先后,最早為翼型裂紋,次生共面裂紋出現(xiàn)較晚。但也有與翼型裂紋同時(shí)出現(xiàn)的情況,而次生傾斜裂紋一般在翼型裂紋之后出現(xiàn)。對(duì)于含三條非連續(xù)節(jié)理的試件,加載工程中節(jié)理間往往會(huì)發(fā)生搭接現(xiàn)象,但參與連接的裂紋數(shù)量、位置以及連接的類(lèi)型會(huì)因幾何分布的變化有較大的差異,總體上呈現(xiàn)出張拉、剪切和拉剪復(fù)合三種連接模式,并且只含豎向和水平節(jié)理的試件僅出現(xiàn)了張拉與拉剪復(fù)合連接,沒(méi)有出現(xiàn)剪切裂紋連接模式,說(shuō)明裂紋的幾何分布對(duì)連接模式有較大的影響。(3)由于試件節(jié)理?xiàng)l數(shù)以及幾何空間分布的不同,應(yīng)力應(yīng)變曲線的走勢(shì)規(guī)律會(huì)相差很大,并且應(yīng)力峰值、殘余應(yīng)力、峰值出現(xiàn)時(shí)應(yīng)變等都會(huì)存在明顯的差異,但是曲線后期變化都呈現(xiàn)脆性破壞曲線特性,同時(shí)比較節(jié)理起裂應(yīng)力值,發(fā)現(xiàn)水平節(jié)理起裂時(shí)應(yīng)力比豎向節(jié)理起裂時(shí)應(yīng)力要小,比傾斜節(jié)理起裂時(shí)要大,尖端離試件邊界越近,起裂應(yīng)力值越小;而對(duì)于傾角變化對(duì)啟裂應(yīng)力的影響,則沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律。對(duì)于含兩條節(jié)理或是三條節(jié)理的試件,總體上只含有的豎向、水平節(jié)理的試件比含有傾斜節(jié)理的試件的抗壓強(qiáng)度更高,壓縮下穩(wěn)定性更好。(4)比較分析各試件荷載下波速變化特性,得出在對(duì)試件施加荷載前,試件的超聲波速隨節(jié)理?xiàng)l數(shù)及幾何空間分布存在差異,但在同類(lèi)試件中隨節(jié)理傾角、夾角的變化存在一定規(guī)律。對(duì)試件加荷載后,波速隨荷載增大而呈下降衰減趨勢(shì)。總體相同荷載下波速在含有傾斜節(jié)理試件中的衰減最大,在只含平行、豎向節(jié)理試件中衰減較小。同時(shí)波速出現(xiàn)大幅下降時(shí)的荷載及下降幅度與試件節(jié)理類(lèi)型及組合形式關(guān)系密切。
[Abstract]:As one of the structural defects of natural rock mass, the structural characteristics and physical and mechanical properties of jointed rock mass affect and determine the physical and mechanical properties of the whole rock mass. Fracture damage and failure mechanism under uniaxial compression were studied. Rock-like model specimens were prepared by precast joint method with cement mortar test materials. The cured specimens were subjected to uniaxial stepwise compression test by WAW-1000C microcomputer controlled electro-hydraulic servo machine. The ultrasonic velocity was measured under different loads, and the crack width was measured by PTS-C10 crack width meter to record the changes of crack width under different loads. The main conclusions are as follows: (1) Rock mass sliding crack model theory is applicable to the analysis of crack initiation at the tip of joints under uniaxial compression, which can well explain the phenomenon of crack initiation and accumulative damage theory can also well reflect the attenuation law of ultrasonic velocity in the test. (2) During uniaxial compression, the tip of joints will germinate including wings. There are three kinds of new fine cracks, i.e. mode crack, secondary inclined crack and secondary coplanar crack. But not all joint tips will produce new cracks, and tensile cracks will occur throughout the specimen at the edge of the specimen. Secondary coplanar cracks occur later than airfoil cracks, but they also occur at the same time as airfoil cracks. Secondary inclined cracks usually occur after airfoil cracks. The types of joints vary greatly due to the variation of geometric distribution. Generally speaking, there are three kinds of joint modes: tension, shear and tension-shear. Moreover, only the vertical and horizontal joints appear tension-shear composite connection, and there is no shear crack connection mode. This shows that the geometric distribution of cracks has a great influence on the connection mode. (3) The trend of stress-strain curves varies greatly due to the number of joints and the geometric and spatial distribution of the joints, and there are obvious differences in peak stress, residual stress and strain when the peak occurs. However, the later changes of the curves all show the characteristics of brittle failure curve, and the crack initiation stress values are compared and the level is found. The stress at the beginning of cracking is smaller than that at the beginning of vertical cracking, and larger than that at the beginning of inclined cracking. The nearer the tip is to the boundary of the specimen, the smaller the value of initiation stress is; however, there is no obvious rule for the effect of inclination on initiation stress. The compressive strength and stability of flat joint specimens are higher than those of inclined joint specimens. (4) Comparing and analyzing the variation characteristics of wave velocity under load, it is concluded that the ultrasonic velocity of flat joint specimens varies with the number of joints and geometric space distribution before loading, but with the inclination angle and angle of joints in the same specimens. After loading, the wave velocity decreases with the increase of load. In general, the wave velocity decreases most in the specimens with inclined joints under the same load, but less in the specimens with parallel and vertical joints. The form of combination is closely related.
【學(xué)位授予單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TU45

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本文編號(hào)：2186563