發(fā)布時(shí)間：2018-03-31 18:26

  本文選題：層狀巖體　切入點(diǎn)：軟弱夾層　出處：《青島科技大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：層狀巖體是巖體工程中常見的對(duì)象,夾層是其特殊形式。當(dāng)夾層較弱,產(chǎn)狀傾斜時(shí),會(huì)對(duì)巖體的整體力學(xué)性能形成削弱,進(jìn)而對(duì)以其為圍巖的巖體工程穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響,且會(huì)隨著工程的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)而持續(xù)存在。由于取樣困難,運(yùn)輸和加工過程中各種損耗和破壞,天然的層狀復(fù)合巖體樣本往往難以足量獲取,客觀上導(dǎo)致了對(duì)其力學(xué)性能研究的缺乏。本文著眼于基礎(chǔ)研究,不針對(duì)具體的工程項(xiàng)目,以含傾斜軟弱夾層復(fù)合巖體為研究對(duì)象,通過人工復(fù)合巖體代替天然巖體進(jìn)行實(shí)驗(yàn),對(duì)其強(qiáng)度特性和蠕變特性展開研究。論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:(1)推導(dǎo)了含水平軟弱夾層復(fù)合巖體試件在單、三軸壓縮下的應(yīng)力分量解析解,分別給出了夾層、主巖體以及交界面處的應(yīng)力分布。認(rèn)為不同厚度比的復(fù)合巖體,破壞模式不同;厚夾層比薄夾層容易破壞;高圍壓時(shí)比低圍壓時(shí)強(qiáng)度更高;并給出了單、三軸壓縮時(shí)潛在的破壞模式。進(jìn)一步地,推導(dǎo)了含傾斜軟弱夾層復(fù)合巖體應(yīng)力分量解析解。認(rèn)為夾層上交界面的頂端和下交界面的底端,較其他區(qū)域更容易破壞;隨著傾角增大,材料的強(qiáng)度先減小后增大;有圍壓時(shí)比無圍壓時(shí)更不易破壞;主巖體比夾層更不易破壞;并給出了單軸壓縮時(shí)潛在的破壞模式。(2)研制了一種含層理標(biāo)準(zhǔn)試件批量壓型機(jī)構(gòu)。各分層材料、傾角、層厚、層位等可控,一次成型數(shù)量可調(diào),同批次均勻性好,整體可拆卸,適合小批量成型,可與普通壓力機(jī)適配,在層理控制、成型效率、成型質(zhì)量、使用便利等方面有明顯優(yōu)勢(shì)。選擇三種常見的沉積巖組合,即頁巖、砂巖和石灰?guī)r為模擬對(duì)象,以水泥、石膏、砂為模擬材料,制備出兩類含不同強(qiáng)度夾層的人工復(fù)合巖體試件。(3)通過對(duì)兩類復(fù)合巖體進(jìn)行單、三軸壓縮實(shí)驗(yàn),得到軟弱夾層特征對(duì)復(fù)合巖體強(qiáng)度特性的影響規(guī)律。認(rèn)為夾層厚度越大,巖體抗壓強(qiáng)度和彈性模量越低;保持夾層總厚度不變,夾層數(shù)目越多,強(qiáng)度越大,各分層破壞幾率相同;在給定的夾層傾角范圍內(nèi),傾角增大對(duì)巖體的強(qiáng)度有削弱作用,但對(duì)于不同類型復(fù)合巖體,存在不同的特征角,超過該角時(shí),削弱作用會(huì)逐漸減弱,Ⅰ類巖體的特征角大于Ⅱ類巖體;圍壓增大對(duì)巖體的強(qiáng)度有強(qiáng)化作用,在一定的塑性變形范圍內(nèi),即使夾層破壞,復(fù)合巖體的整體承載力依然可以維持。(4)通過數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)開挖后,開挖輪廓面臨近區(qū)域的巖體處于單向應(yīng)力狀態(tài),且不論輪廓面形狀、地應(yīng)力大小和方向如何,主應(yīng)力方向總是與輪廓曲線相切。認(rèn)為對(duì)于含有軟弱夾層的巖體工程,需要特別關(guān)注軟弱夾層的產(chǎn)狀,以及夾層在開挖面上的出露位置與主應(yīng)力的方向。(5)通過對(duì)兩類復(fù)合巖體進(jìn)行單軸壓縮蠕變實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)Ⅱ類巖體比Ⅰ類巖體在破壞前承受的應(yīng)力水平更高;蠕變破壞強(qiáng)度小于同一巖體單軸抗壓強(qiáng)度。兩類巖體的當(dāng)級(jí)蠕變量都隨應(yīng)力水平升高,逐漸增大,且向高應(yīng)力區(qū)發(fā)散;當(dāng)級(jí)瞬時(shí)應(yīng)變量隨應(yīng)力水平升高,逐漸降低,且向高應(yīng)力區(qū)收斂;夾層傾角與當(dāng)級(jí)蠕變量和當(dāng)級(jí)瞬時(shí)應(yīng)變,沒有確定性關(guān)系。同一應(yīng)力水平下,含夾層巖體的絕對(duì)應(yīng)變量,當(dāng)級(jí)蠕變量和當(dāng)級(jí)瞬時(shí)應(yīng)變量介于夾層材料和主巖體材料相應(yīng)值之間。實(shí)踐中,可在獲得后兩者蠕變特性基礎(chǔ)上,作適當(dāng)?shù)奶幚?應(yīng)用于含夾層巖體。最后,選擇成熟的蠕變模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,并通過數(shù)值模擬驗(yàn)證了其可用性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU45

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1691909