礦井圍巖、地下工程圍巖以及地面工程的巖基等常處于復(fù)雜的水熱場環(huán)境,且在工程整個建設(shè)、運營過程中必然會面臨各種機械或爆破等沖擊荷載作用,研究水熱耦合下深部巖石的動態(tài)力學(xué)性能具有十分重要的意義。本文以淮南市謝橋礦-725 m處的泥質(zhì)砂巖和朱集東礦-906 m處的細砂巖為研究對象,針對水熱親合作用對巖石動態(tài)特性的影響,利用霍普金森（SHPB）壓桿,設(shè)計水熱耦合作用下砂巖的靜、動態(tài)力學(xué)性能試驗,并詳細研究了巖石靜、動態(tài)力學(xué)特征、各個階段能量耗散特征、破壞形態(tài)以及微觀特性等,根據(jù)研究結(jié)果建立水熱耦合作用下基于巖石損傷演化的動態(tài)本構(gòu)關(guān)系,試驗結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果具有較好的一致性,主要內(nèi)容和結(jié)論性成果如下:（1）系統(tǒng)地分析了不同溫度處理后風(fēng)干和飽和狀態(tài)下砂巖的靜、動態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線特征。結(jié)果表明,靜態(tài)和動態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線基本可劃分為四個階段:壓密、彈性、塑性變形和破壞階段,但其動態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線壓密階段應(yīng)力隨應(yīng)變增長速率較大,表現(xiàn)趨勢有所不同。風(fēng)干狀態(tài)下靜態(tài)峰值應(yīng)力幾乎達到飽和狀態(tài)下靜態(tài)峰值應(yīng)力的兩倍,飽水狀態(tài)下動態(tài)峰值應(yīng)力受到自由水的黏結(jié)力以及Stefan效應(yīng)的影響,其動態(tài)峰值應(yīng)力略大于風(fēng)干狀態(tài)下動... 

【文章頁數(shù)】：156 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國內(nèi)外巖石力學(xué)研究歷程回顧
        1.2.2 巖石動態(tài)力學(xué)試驗研究現(xiàn)狀
        1.2.3 水熱耦合作用下巖石靜、動態(tài)力學(xué)特性研究現(xiàn)狀
        1.2.4 巖石能量耗散及損傷特性研究現(xiàn)狀
        1.2.5 巖石微觀特性研究現(xiàn)狀
        1.2.6 巖石本構(gòu)模型研究現(xiàn)狀
        1.2.7 進一步研究方向
    1.3 研究內(nèi)容與技術(shù)路線
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 技術(shù)路線
2 不同溫度處理后干濕狀態(tài)下巖石靜、動態(tài)力學(xué)特性及破壞模式
    2.1 引言
    2.2 巖石基本物理性質(zhì)及試驗儀器
        2.2.1 巖石樣品處理過程
        2.2.2 縱波波速的測試
        2.2.3 干密度和孔隙率測定
        2.2.4 RMT試驗裝置
        2.2.5 SHPB試驗裝置及動態(tài)數(shù)據(jù)處理
    2.3 不同溫度處理后干濕狀態(tài)下巖石靜、動態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線分析
        2.3.1 不同溫度處理后干濕狀態(tài)下巖石靜態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線分析
        2.3.2 不同溫度處理后干濕狀態(tài)下巖石動態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線分析
    2.4 不同溫度處理后干濕狀態(tài)下巖石靜、動態(tài)強度和變形特性
    2.5 不同溫度處理后干濕狀態(tài)下巖石靜、動態(tài)破壞模式
    2.6 本章小結(jié)
3 熱-冷循環(huán)后巖石SHPB試驗與分析
    3.1 引言
    3.2 熱-冷循環(huán)后巖石基本物理性質(zhì)
        3.2.1 巖石樣品處理過程
        3.2.2 縱波波速的測試
        3.2.3 干密度和孔隙率測定
    3.3 熱-冷循環(huán)后巖石動態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線分析
    3.4 熱-冷循環(huán)后巖石動態(tài)強度和變形特性
    3.5 熱-冷循環(huán)后巖石的動態(tài)破壞模式及破碎特征
    3.6 熱-冷循環(huán)后巖石損傷特性
    3.7 本章小結(jié)
4 水熱耦合作用下巖石的動態(tài)能量耗散特性
    4.1 引言
    4.2 巖石動態(tài)能量耗散計算方法
    4.3 水熱耦合作用下巖石總輸入應(yīng)變能與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系
    4.4 水熱耦合作用下巖石動態(tài)壓縮破壞過程各階段能量特征指標
    4.5 水熱耦合作用下巖石動態(tài)壓縮破壞過程各階段能量耗散率
    4.6 基于能量的巖石水熱耦合損傷
    4.7 本章小結(jié)
5 水熱耦合作用下巖石靜、動態(tài)微觀特性試驗與分析
    5.1 引言
    5.2 水熱耦合作用下巖石的XRD試驗分析
        5.2.1 XRD儀器及基本原理
        5.2.2 不同溫度處理后巖石物相特征的影響
        5.2.3 熱-冷循環(huán)后巖石物相特征的影響
    5.3 水熱耦合作用下巖石的SEM試驗分析
        5.3.1 SEM儀器及基本原理
        5.3.2 不同溫度處理后巖石的微觀結(jié)構(gòu)特征
        5.3.3 熱-冷循環(huán)后巖石的微觀結(jié)構(gòu)特征
    5.4 水熱耦合作用下巖石的宏觀特性與微觀特征分析
        5.4.1 水、溫度以及外力對巖石靜、動態(tài)宏觀和微觀特征的影響
        5.4.2 水熱耦合作用下巖石動態(tài)宏觀和微觀特征分析
    5.5 本章小結(jié)
6 水熱耦合作用下基于損傷演化的巖石動態(tài)本構(gòu)模型
    6.1 引言
    6.2 水熱耦合作用下巖石的損傷演化規(guī)律
        6.2.1 損傷演化方程計算方法
        6.2.2 水熱耦合作用下巖石的損傷演化曲線
        6.2.3 水熱耦合作用下巖石的總損傷率演化曲線
    6.3 水溫耦合作用下基于損傷演化的巖石動態(tài)本構(gòu)模型
    6.4 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 主要結(jié)論
    7.2 創(chuàng)新點
    7.3 研究展望
參考文獻
致謝
作者簡介及讀研期間主要科研成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]沖擊載荷作用下高溫砂巖動態(tài)力學(xué)性能試驗研究[J]. 平琦,吳明靜,袁璞,張歡.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2019(04)
[2]沖擊荷載下巖石裂紋動態(tài)擴展全過程演化規(guī)律研究[J]. 王飛,王蒙,朱哲明,邱豪,應(yīng)鵬,王勖雅.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2019(06)
[3]沖擊荷載作用下巖石動態(tài)響應(yīng)預(yù)測研究[J]. 劉杰,馮世國,李天斌,王瑞紅,雷嵐,王飛.  巖土工程學(xué)報. 2018(11)
[4]不同溫度處理后深部砂巖動態(tài)力學(xué)及損傷特性試驗與分析[J]. 張蓉蓉.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2018(S2)
[5]含孔多裂隙巖石力學(xué)特性與破裂分形維數(shù)相關(guān)性研究[J]. 張科,劉享華,李昆,吳文遠.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2018(12)
[6]化學(xué)腐蝕灰?guī)rSHPB沖擊動力學(xué)性能研究[J]. 李光雷,蔚立元,蘇海健,靖洪文,張濤.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2018(09)
[7]高嶺石熱分解反應(yīng)動力學(xué)計算方法對比[J]. 匡敬忠,劉鵬飛,羅大芳,周原彬,黃哲譽.  材料導(dǎo)報. 2018(14)
[8]SHPB試驗中高低溫作用后深部砂巖破碎程度與能量耗散關(guān)系分析[J]. 張蓉蓉,經(jīng)來旺.  煤炭學(xué)報. 2018(07)
[9]煤礦地下空間容量估算及開發(fā)利用研究[J]. 謝和平,高明忠,劉見中,周宏偉,張瑞新,陳佩佩,劉志強,張安林.  煤炭學(xué)報. 2018(06)
[10]低溫誘發(fā)巖石破裂的理論與數(shù)值模擬研究[J]. 唐世斌,羅江,唐春安.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2018(07)

博士論文
[1]基于SHPB的混凝土及鋼筋混凝土沖擊壓縮力學(xué)行為研究[D]. 呂太洪.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018
[2]巖石熱損傷微觀機制與宏觀物理力學(xué)性質(zhì)演變特征研究[D]. 張衛(wèi)強.中國礦業(yè)大學(xué) 2017
[3]低溫作用下巖石動態(tài)力學(xué)性能試驗研究[D]. 楊陽.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 2016
[4]高氯酸鋰非均相催化分解實驗研究[D]. 閆科.浙江大學(xué) 2015
[5]巖體斷裂與蠕變損傷破壞機理研究[D]. 蒲成志.中南大學(xué) 2014
[6]巖石變形破壞過程中的能量演化機制[D]. 張志鎮(zhèn).中國礦業(yè)大學(xué) 2013
[7]基于CT圖像處理的凍結(jié)巖石細觀結(jié)構(gòu)及損傷力學(xué)特性研究[D]. 劉慧.西安科技大學(xué) 2013
[8]考慮溫度效應(yīng)的巖石動力學(xué)行為研究[D]. 尹土兵.中南大學(xué) 2012
[9]動靜組合加載下巖石力學(xué)特性和動態(tài)強度準則的試驗研究[D]. 宮鳳強.中南大學(xué) 2010
[10]沖擊荷載下巖石強度及破碎能耗特征的尺寸效應(yīng)研究[D]. 洪亮.中南大學(xué) 2008

碩士論文
[1]巖石凍融損傷及水熱耦合模型研究[D]. 閻錫東.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 2016



本文編號：3705373