本文選題：巖石　切入點：凍融循環(huán)　出處：《西安科技大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：我國是世界上寒區(qū)面積分布最多的國家之一,永久性和季節(jié)性凍土面積約占全國陸地總面積的3/4。隨著我國寒區(qū)工程建設(shè)的日益增多,出現(xiàn)了一系列凍融巖石問題,因此研究巖石在凍融環(huán)境下的物理力學(xué)特性顯得尤為重要。論文針對寒區(qū)日益增長的工程需要,以試驗研究為基礎(chǔ),系統(tǒng)地研究巖石在凍融循環(huán)和圍壓作用下的物理力學(xué)特性;以寒區(qū)大型巖體工程為背景,采用有限元方法對隧道圍巖進(jìn)行溫度應(yīng)力耦合數(shù)值模擬及分析,并提出相應(yīng)的凍害防治措施,為寒區(qū)巖體工程建設(shè)提供一定的理論基礎(chǔ)。從現(xiàn)場取回紅砂巖巖塊,加工成?50mm?100mm的國際標(biāo)準(zhǔn)試件,進(jìn)行開放飽水狀態(tài)下的凍融循環(huán)試驗,觀察并記錄巖石凍融損傷劣化過程及凍融破壞方式,探討巖石質(zhì)量、體積、密度、縱波波速隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律,分析凍融損傷劣化機理及其影響因素。結(jié)果表明:紅砂巖的損傷劣化模式可分為顆粒剝落、龜裂、片落及斷裂4種模式;隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加,巖石的質(zhì)量、體積、密度呈先增加后減小的趨勢,縱波波速呈現(xiàn)出持續(xù)減小的趨勢。對經(jīng)歷不同凍融循環(huán)次數(shù)(0,5,10,20,40次)后的紅砂巖試件進(jìn)行4種圍壓(0MPa,2MPa,4MPa,6MPa)下的力學(xué)特性試驗。分析不同凍融條件及不同圍壓下巖石三軸壓縮的應(yīng)力-應(yīng)變曲線、抗壓強度、極值應(yīng)變、彈性模量、泊松比、殘余強度、內(nèi)摩擦角、粘聚力等隨凍融條件和圍壓的變化關(guān)系。研究表明:紅砂巖的抗壓強度和極值應(yīng)變隨圍壓的增大而增大,但隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加,抗壓強度逐漸減小,極值應(yīng)變則逐漸增大;巖石的彈性模量、殘余強度隨著圍壓的增大而增大,隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而減小;泊松比隨著圍壓的增大逐漸減小,隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸增大;內(nèi)摩擦角、粘聚力、抗凍性隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸減小。以大阪山隧道工程為研究對象,運用有限元方法,對隧道圍巖進(jìn)行溫度場與應(yīng)力場耦合作用下的數(shù)值模擬分析。結(jié)果表明:隨著凍融時間的增加,隧道的最大拉應(yīng)力逐漸增大,最大壓應(yīng)力逐漸減小;隧道頂部逐漸下沉,隧道底部向上的位移量逐漸增加;凍結(jié)圈的厚度逐漸增大,但增大速度隨時間的增加逐漸趨緩。
[Abstract]:China is one of the countries with the largest area distribution in cold regions in the world. The area of permanent and seasonal frozen soil accounts for about 3 / 4 of the total land area of China. With the increasing construction of cold region projects in China, a series of frozen and thawed rock problems have appeared. Therefore, it is very important to study the physical and mechanical properties of rock in freeze-thaw environment. According to the increasing engineering needs in cold region, this paper systematically studies the physical and mechanical properties of rock under freeze-thaw cycle and confining pressure. On the background of large rock mass engineering in cold region, finite element method is used to simulate and analyze the temperature and stress coupling of surrounding rock mass of tunnel, and the corresponding measures to prevent and cure freezing damage are put forward. To provide a certain theoretical basis for rock mass engineering construction in cold region. 50mm? A 100mm international standard specimen was tested by freeze-thaw cycle under the condition of open saturated water. The damage and deterioration process of rock freezing and thawing were observed and recorded, and the quality, volume and density of rock were discussed. The variation of longitudinal wave velocity with the number of freeze-thaw cycles is analyzed. The mechanism of damage deterioration and its influencing factors are analyzed. The results show that the damage deterioration modes of red sandstone can be divided into four modes: grain spalling, crack, sheet falling and fracture. With the increase of freeze-thaw cycles, the quality, volume and density of rock increased first and then decreased. The longitudinal wave velocities show a decreasing trend. The mechanical properties of red sandstone specimens with different freezing and thawing cycles were tested under 4 different confining pressures (0 MPa ~ 2 MPa ~ (2) MPa ~ (2) MPa ~ (2) MPa ~ (2)) ~ (6) MPa). The analysis of different freezing and thawing conditions and rock triaxial under different confining pressures was carried out. Compressive stress-strain curves, The relation of compressive strength, extreme strain, elastic modulus, Poisson's ratio, residual strength, angle of internal friction and cohesion with freeze-thaw condition and confining pressure is studied. The results show that the compressive strength and extreme strain of red sandstone increase with the increase of confining pressure. However, with the increase of freeze-thaw cycles, the compressive strength decreases and the extreme strain increases, while the elastic modulus and residual strength increase with the increase of confining pressure, and decrease with the increase of freeze-thaw cycles. Poisson's ratio decreases with the increase of confining pressure and increases with the increase of freeze-thaw cycle times, and the angle of internal friction, cohesion and frost resistance decrease with the increase of freeze-thaw cycle times. The finite element method is used to simulate the tunnel surrounding rock under the coupling of temperature field and stress field. The results show that with the increase of freeze-thaw time, the maximum tensile stress increases and the maximum compressive stress decreases. The top of the tunnel gradually sinks, the displacement of the bottom of the tunnel increases gradually, and the thickness of the freezing circle increases gradually, but the increasing speed gradually slows down with the increase of time.
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU45

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本文編號：1634794