【摘要】：材料疲勞損傷特性的研究已有幾十年的歷史,然而對巖石類材料的疲勞損傷特性研究還是剛剛起步,巖石在循環(huán)動載作用下的疲勞損傷規(guī)律還不夠清晰,理論體系還不夠完善。鑒于三峽庫區(qū)在頻發(fā)微震作用下的邊坡穩(wěn)定性分析的需要,本文依托國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“微震頻發(fā)對三峽庫區(qū)巖質(zhì)邊坡動力疲勞損傷機(jī)理及穩(wěn)定性研究”(41372356),以邊坡砂巖為研究對象,采用文獻(xiàn)查閱、室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析及數(shù)值模擬等方法系統(tǒng)的研究了砂巖在循環(huán)動載作用下的疲勞損傷特性;建立了考慮頻率、應(yīng)力水平等影響的多因素砂巖疲勞壽命預(yù)測模型,以及剛度衰減模型,并將兩者運(yùn)用于邊坡穩(wěn)定的動力影響因素研究及敏感性分析的數(shù)值計(jì)算中。對循環(huán)動載作用下巖體的破壞機(jī)理研究具有一定的意義。論文的主要研究工作及成果如下:(1)砂巖疲勞損傷試驗(yàn)表明:砂巖疲勞壽命隨著上限應(yīng)力水平的降低而增加,與上限應(yīng)力的對數(shù)呈線性關(guān)系,由此建立了基于-曲線的疲勞壽命估算模型。試驗(yàn)結(jié)果表明,疲勞壽命受應(yīng)力水平的影響非常大,應(yīng)力水平越高疲勞壽命越短。加載頻率對巖石疲勞壽命也有影響,在1~3Hz范圍內(nèi),巖石疲勞壽命會隨著動載頻率的增大而增大,疲勞壽命的對數(shù)與加載頻率的對數(shù)呈線性關(guān)系,其本質(zhì)原因是加載速率對巖石強(qiáng)度的影響。通過考慮頻率對巖石強(qiáng)度的影響,引入對應(yīng)力水平的修正系數(shù),由此建立了多因素條件下疲勞壽命的估算模型。(2)砂巖全應(yīng)力應(yīng)變曲線控制變形量與其疲勞極限變形之間非常接近,即控制點(diǎn)和破壞點(diǎn)之間非常接近;在加載頻率為1~3Hz范圍內(nèi),砂巖的極限變形量基本相同,由此說明了加載頻率對砂巖疲勞破壞時(shí)極限變形的影響較小。(3)砂巖動態(tài)彈性模量及循環(huán)加載峰值應(yīng)力對應(yīng)的應(yīng)變均呈現(xiàn)三階段衰減規(guī)律,在只考慮前兩階段的情況下,采用回歸分析,建立了基于剩余剛度的砂巖疲勞損傷演化規(guī)律。并結(jié)合邊坡工程的特點(diǎn),采用FLAC3D對巖石剩余剛度疲勞損傷模型進(jìn)行二次開發(fā),建立了一套適用于邊坡疲勞損傷破壞的計(jì)算方法,將其應(yīng)用于后續(xù)的數(shù)值分析中。(4)利用動力強(qiáng)度折減法,對一個(gè)具有兩組隨機(jī)裂隙的巖質(zhì)邊坡進(jìn)行了動力穩(wěn)定性分析,主要從循環(huán)動載頻率、循環(huán)動載幅值、循環(huán)動載持時(shí)及循環(huán)動載波形四個(gè)方面探討了邊坡動力穩(wěn)定性的變化規(guī)律。(5)采用正交設(shè)計(jì)試驗(yàn),選取了四因素三水平形成了9組正交設(shè)計(jì)計(jì)算方案,利用FLAC3D計(jì)算得到各組的動力穩(wěn)定安全系數(shù)。以此為指標(biāo),通過極差分析和方差分析得到了各影響因素的敏感性分析結(jié)果:循環(huán)動載持時(shí)影響因素的敏感性最高,循環(huán)動載幅值影響因素的敏感性次之,循環(huán)動載頻率的敏感性略高于循環(huán)動載波形。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU45
【圖文】：

（c）反力架 （d）加載頭圖 2.1 疲勞試驗(yàn)加載設(shè)備Fig. 2.1 Loading equipment of fatigue tests2.2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（a）應(yīng)力采集箱 （b）應(yīng)變采集箱圖 2.2 應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

18（a）應(yīng)力采集箱 （b）應(yīng)變采集箱圖 2.2 應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Fig. 2.2 Stress-strain data acquisition system由于砂巖屬于脆性巖石，試樣發(fā)生破壞時(shí)其軸向變形一般較小。一般而言，

19C（切割機(jī)） D（M250 數(shù)控磨床） E（波速測試儀）圖 2.3 試樣加工設(shè)備圖Fig. 2.3 Machining equipment of rock samples本次試驗(yàn)使用的砂巖試樣均在重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動力學(xué)與控制國家重點(diǎn)試驗(yàn)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2770166