【摘要】：隨著各類巖土工程越來(lái)越多,在工程施工和使用期間,巖土工程的基礎(chǔ)和主體結(jié)構(gòu)常常會(huì)遭遇循環(huán)荷載作用,所以研究巖石在循環(huán)荷載作用下的破壞特性,即是完善巖石在復(fù)雜應(yīng)力作用下的力學(xué)特性理論研究,又是目前巖土工程領(lǐng)域的前沿問(wèn)題,保證現(xiàn)實(shí)工程的安全、穩(wěn)定性具有重要意義。本文以某水利水電工程地區(qū)的灰?guī)r為研究對(duì)象,采用聲波測(cè)試儀和MTS-815巖石剛性試驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)灰?guī)r進(jìn)行了五種室內(nèi)試驗(yàn)(聲波試驗(yàn)、靜態(tài)單軸、三軸壓縮試驗(yàn)以及動(dòng)態(tài)單軸、三軸循環(huán)荷載試驗(yàn))。著重分析了循環(huán)荷載作用下,灰?guī)r處于不同變形區(qū)時(shí)的力學(xué)特性,并對(duì)比分析了灰?guī)r在不同加載條件下的力學(xué)特性以及宏觀破壞機(jī)理,然后通過(guò)灰?guī)r在循環(huán)荷載作用下的動(dòng)應(yīng)力—應(yīng)變曲線,分析了灰?guī)r在不同變形區(qū)時(shí)的能量演化規(guī)律,最終利用循環(huán)荷載試驗(yàn)結(jié)果,建立了灰?guī)r基于內(nèi)變量理論的疲勞本構(gòu)模型以及基于現(xiàn)有資料和前人資料提出了該模型針對(duì)不同巖石在一定條件下的簡(jiǎn)化本構(gòu)模型。本文的主要結(jié)論有:(1)通過(guò)灰?guī)r靜態(tài)單軸壓縮條件下所得試件應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線,可將峰值強(qiáng)度前曲線形態(tài)分為兩種形式(即:可明顯顯示塑性變形型和不明顯顯示塑性變形型),峰值強(qiáng)度后變形曲線可分為三種形式(即:應(yīng)力快速跌落型、應(yīng)力跌落回升型、應(yīng)力多級(jí)跌落型);靜態(tài)三軸壓縮條件時(shí),應(yīng)力—應(yīng)變曲線跟單軸時(shí)相似,在2~6MPa圍壓時(shí),峰值前曲線多顯示出塑性變形階段,峰值后曲線多表現(xiàn)出應(yīng)力跌落回升型,在8~12MPa圍壓時(shí),峰值前曲線多不顯示塑性變形階段,峰值后曲線多表現(xiàn)出應(yīng)力快速跌落型和多級(jí)跌落型;動(dòng)態(tài)單軸、三軸循環(huán)試驗(yàn)條件下,破壞試件應(yīng)力—應(yīng)變曲線有高度的相似性,在剪縮區(qū)時(shí)應(yīng)力—應(yīng)變曲線都由稀疏到密集,在剪脹區(qū)時(shí)應(yīng)力—應(yīng)變曲線再由密集到稀疏變化。并通過(guò)非代表值測(cè)值舍棄標(biāo)準(zhǔn),得到靜態(tài)單軸壓縮條件下灰?guī)r的抗壓強(qiáng)度為175MPa,彈性模量為23.6GPa,泊松比為0.1。(2)灰?guī)r在動(dòng)態(tài)單軸、三軸循環(huán)荷載試驗(yàn)條件下,當(dāng)處于不同變形區(qū)時(shí)各變形參數(shù)隨著循環(huán)周次的演化規(guī)律相似。在剪縮區(qū)時(shí),動(dòng)彈性模量隨著循環(huán)周次的增加逐漸增加,動(dòng)泊松比、殘余軸向應(yīng)變、殘余體積應(yīng)變逐漸減小。在臨近臨界荷載值時(shí),動(dòng)彈性模量和動(dòng)泊松比相對(duì)變化不大,而殘余軸向應(yīng)變、殘余體積應(yīng)變逐漸變大。在剪脹區(qū)時(shí),動(dòng)彈性模量逐漸減小,動(dòng)泊松比、殘余軸向應(yīng)變、殘余體積應(yīng)變逐漸增大。(3)灰?guī)r在動(dòng)態(tài)單軸、三軸循環(huán)荷載試驗(yàn)條件下,各變形參數(shù)隨著軸向振動(dòng)荷載的演化規(guī)律相似。動(dòng)彈性模量、動(dòng)泊松比隨著軸向振動(dòng)荷載的增加逐漸增加,但殘余軸向應(yīng)變和殘余體積應(yīng)變逐漸變小。(4)灰?guī)r在0~4MPa圍壓時(shí),動(dòng)彈性模量隨著圍壓的增大先逐漸增加再降低,而動(dòng)泊松比先減小再逐漸增大;當(dāng)圍壓在4~8MPa時(shí),動(dòng)彈性模量隨著圍壓的增加逐漸變大,動(dòng)泊松比逐漸減小。在0~8MPa圍壓下,殘余軸向應(yīng)變與殘余體積應(yīng)變隨著圍壓的逐漸增加均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)。(5)通過(guò)不同試驗(yàn)條件下灰?guī)r的宏觀破壞情況可以得出:在靜態(tài)單軸試驗(yàn)條件下,灰?guī)r的破壞形式主要是以張拉破壞為主;靜態(tài)三軸壓縮條件下,當(dāng)圍壓在0~4MPa時(shí),主要是以張拉和剪切破壞為主,當(dāng)圍壓大于4~12MPa時(shí),主要以壓碎破壞和單一剪切面破壞形式為主;單軸循環(huán)荷載作用下巖石的破壞形式主要為張拉破壞;三軸循環(huán)荷載條件下,灰?guī)r的破壞形態(tài)主要以剪切破壞為主�；�?guī)r各試驗(yàn)條件下抗壓強(qiáng)度關(guān)系有:R靜三R動(dòng)三,R靜單R動(dòng)單,R靜三R靜單,R動(dòng)三R動(dòng)單,這說(shuō)明動(dòng)荷載對(duì)實(shí)際工程中巖體的穩(wěn)定性影響較大,通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出了灰?guī)r靜態(tài)試驗(yàn)條件下的抗剪強(qiáng)度參數(shù)粘聚力為46.39MPa,內(nèi)摩擦角為50.39°,動(dòng)態(tài)試驗(yàn)條件下的粘聚力為15.95MPa,內(nèi)摩擦角為63.41°。(6)灰?guī)r在動(dòng)態(tài)單軸、三軸循環(huán)荷載試驗(yàn)條件下,當(dāng)處于不同變形區(qū)時(shí)各能量參數(shù)隨著循環(huán)周次的演化規(guī)律相似。當(dāng)試件處于剪縮區(qū)軸向振動(dòng)荷載或者臨近臨界荷載作用時(shí),單位體積能和單位體積彈性變形能隨著循環(huán)周次的增加變化不大,而單位體積耗散能卻逐漸減小,彈性能量指數(shù)逐漸增加;當(dāng)試件處于剪脹區(qū)軸向振動(dòng)荷載作用時(shí),單位體積能隨著循環(huán)周次的增加逐漸減小,單位體積彈性變形能逐漸增加;單位體積耗散能仍呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì);彈性能量指數(shù)仍呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。(7)灰?guī)r在動(dòng)態(tài)單軸、三軸循環(huán)荷載試驗(yàn)條件下,各能量參數(shù)隨著軸向振動(dòng)荷載的增加都呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì);通過(guò)對(duì)灰?guī)r在不同變形區(qū)時(shí)各能量參數(shù)隨著圍壓的演化規(guī)律分析可知:當(dāng)處于剪縮區(qū)軸向振動(dòng)荷載作用時(shí),單位體積能隨著圍壓的逐漸增加變化不大,單位體積彈性變形能呈現(xiàn)逐漸減小,從而可知單位體積耗散能逐漸增加,彈性能量指數(shù)逐漸減小;當(dāng)處于剪脹區(qū)軸向振動(dòng)荷載作用時(shí),單位體積能隨著圍壓的逐漸增加逐漸減小,單位體積彈性變形能仍逐漸減小,單位體積耗散能逐漸增加,彈性能量指數(shù)逐漸減小。(8)當(dāng)灰?guī)r變形進(jìn)入剪脹區(qū)后,即使卸載到剪縮區(qū)進(jìn)行試驗(yàn),此時(shí)試件力學(xué)性質(zhì)仍表現(xiàn)出剪脹區(qū)時(shí)的力學(xué)特性。(9)根據(jù)循環(huán)荷載作用下灰?guī)r的應(yīng)力—應(yīng)變曲線,選用殘余軸向應(yīng)變?yōu)閮?nèi)變量,建立了適合灰?guī)r的內(nèi)變量疲勞本構(gòu)模型,并利用現(xiàn)有資料和前人研究資料提出了適合不同巖性和一定條件下的內(nèi)變量簡(jiǎn)化本構(gòu)模型,并對(duì)模型參數(shù)取值進(jìn)行了詳細(xì)分析,最終利用origin軟件對(duì)循環(huán)荷載作用下灰?guī)r的內(nèi)變量疲勞本構(gòu)模型和簡(jiǎn)化模型進(jìn)行了驗(yàn)證。根據(jù)擬合結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析,證明了各模型的合理性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU452

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2284260