【摘要】：研究高溫作用和高溫循環(huán)作用后脆性巖石的強(qiáng)度和變形性質(zhì),以及細(xì)觀演化規(guī)律是巖土工程中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題,只有準(zhǔn)確掌握脆性巖石在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中的力學(xué)性質(zhì)變化,才能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)巖體工程的變形與穩(wěn)定性質(zhì),才能保證大型巖土工程的施工安全性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。因此,本文選用細(xì)粒大理巖作為研究對(duì)象,采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的方法,開(kāi)展單軸壓縮實(shí)驗(yàn),并監(jiān)測(cè)壓縮破壞全過(guò)程的聲發(fā)射現(xiàn)象,研究巖石的強(qiáng)度和變形性質(zhì),包括峰值強(qiáng)度,楊氏模量,脆延轉(zhuǎn)換特性,破壞模式,聲發(fā)射時(shí)序參數(shù),特征應(yīng)力,損傷演化模型等。并采用細(xì)觀測(cè)試手段,分析巖石在熱損傷過(guò)程中的裂紋擴(kuò)展演化規(guī)律,以期揭示宏觀力學(xué)性質(zhì)變化的機(jī)理。本文研究?jī)?nèi)容如下:(1)對(duì)常溫下和經(jīng)歷0～400℃高溫1次,2次,4次,8次和16次熱循環(huán)的細(xì)粒大理巖開(kāi)展單軸壓縮實(shí)驗(yàn),并對(duì)全過(guò)程的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè),同時(shí)利用細(xì)觀觀測(cè)手段觀測(cè)微裂紋發(fā)育,結(jié)果顯示:經(jīng)歷了熱循環(huán)的巖樣物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生劣化,縱波波速、峰值強(qiáng)度和彈性模量顯著降低,而峰值應(yīng)變和裂紋密度參數(shù)明顯增大,大理巖應(yīng)力應(yīng)變曲線由高聳趨于平緩,初始?jí)好茈A段變長(zhǎng),表明巖石經(jīng)歷熱處理后脆性減弱,延性增強(qiáng);經(jīng)歷了熱處理的巖樣在初始?jí)好茈A段就產(chǎn)生較多聲發(fā)射信號(hào),但從彈性階段開(kāi)始聲發(fā)射活動(dòng)性反而不如常溫時(shí)劇烈,且聲發(fā)射信號(hào)峰值滯后于峰值強(qiáng)度,這與熱循環(huán)作用增加了巖樣延性關(guān)系密切;經(jīng)歷不同熱循環(huán)次數(shù)巖樣的破裂模式由單一劈裂破壞向多劈裂面破壞再到剪切破壞轉(zhuǎn)變,分析破裂模式的這種轉(zhuǎn)變與裂紋產(chǎn)生形式不同,巖樣內(nèi)部礦物結(jié)構(gòu)變化不同以及能量釋放不同這三個(gè)因素有關(guān);隨著熱循環(huán)次數(shù)的增多,通過(guò)顯微觀測(cè)手段觀測(cè)到巖樣礦物晶體內(nèi)部和邊界發(fā)育大量微裂紋,且統(tǒng)計(jì)到的數(shù)量,開(kāi)度,長(zhǎng)度,線性裂紋密度等參數(shù)都逐漸增加,裂紋發(fā)育方向成隨機(jī)性,以晶界裂紋發(fā)育為主,分析原因?yàn)榈V物顆粒的熱膨脹系數(shù)不均一,受熱后在邊界產(chǎn)生熱應(yīng)力,并超過(guò)礦物邊界的屈服強(qiáng)度。(2)利用單軸壓縮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),運(yùn)用不同計(jì)算方法確定熱循環(huán)大理巖的特征應(yīng)力,包括閉合應(yīng)力,啟裂應(yīng)力和損傷應(yīng)力,得出結(jié)論:運(yùn)用不同計(jì)算方法求出的特征應(yīng)力值具有相似的規(guī)律,即均隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加而呈下降的趨勢(shì),歸一化特征應(yīng)力隨循環(huán)次數(shù)的增加呈現(xiàn)增大的趨勢(shì);體積應(yīng)變模型算法、聲發(fā)射參數(shù)法確定特征應(yīng)力操作方便,但都依賴于試驗(yàn)者的主觀判斷,而ASR法、LSR法和CAEH法計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜,但是它們都克服了人為因素的影響,使得結(jié)果更具有客觀性;不同方法計(jì)算的啟裂應(yīng)力值的離散程度隨熱循環(huán)次數(shù)增加而減小;由于巖石各項(xiàng)異性特征,或者實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)操作的局限性,只有運(yùn)用多種方法確定特征應(yīng)力值才能提高可信度。(3)根據(jù)宏觀試驗(yàn)數(shù)據(jù),分別基于聲發(fā)射參數(shù)和變形參數(shù)定義損傷變量,并得出巖樣漸進(jìn)破壞的損傷演化規(guī)律,最后基于兩種變量分別用聲發(fā)射本構(gòu)模型和Logistic函數(shù)本構(gòu)模型進(jìn)行擬合,得出結(jié)論:基于聲發(fā)射參數(shù)和變形參數(shù)的兩類損傷變量的演化規(guī)律均能很好地反映巖石漸進(jìn)破壞的裂紋閉合,線彈性,裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展,裂紋非穩(wěn)定擴(kuò)展,峰值破壞等各個(gè)階段的變化過(guò)程;隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加,兩類損傷變量隨軸向應(yīng)變的增加而增加的程度變慢,說(shuō)明熱損傷增加了巖石的延性;聲發(fā)射模型能更加準(zhǔn)確地描述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的曲線形態(tài),但模擬的峰值強(qiáng)度低于實(shí)測(cè)值。
【圖文】：

２００３；邋Ｐｅｎｇ邋等，２０１６；邋Ｄａｖｉｄ邋等，１９９９；朱合華等，２００６；寇紹全，１９８７；逡逑Ｋｅｓｈａｖａｒｚ邋等，２０１０；邋Ｃｈａｋｉ邋等，２００８；張連英等，２００８；邱一平，２００６）。大逡逑量研宄結(jié)果表明，溫度越高或者熱循環(huán)次數(shù)越多，巖石的抗壓強(qiáng)度（如圖１－１）逡逑和變形模量（如圖１－２）會(huì)降低，應(yīng)力達(dá)到抗壓強(qiáng)度時(shí)對(duì)應(yīng)的峰值應(yīng)變會(huì)增大，逡逑同時(shí)，達(dá)到峰值強(qiáng)度后的強(qiáng)度衰減程度會(huì)減少，全應(yīng)力應(yīng)變曲線由高聳向扁平發(fā)逡逑展，表明巖石會(huì)經(jīng)歷脆性向延性的過(guò)渡。逡逑（ａ）邋１．２邋邐逡逑１．１邋－邐鞏義石灰?guī)r（秦本東等，２００９）逡逑，0邐邐邋一0—焦作砂巖（秦本東等，２００９）逡逑？邐——錦屏大理巖（方榮等，２００５）逡逑制邋0．９邋■邐寧波大理巖（Ｃｈｅｎ邋ｅｔａｌ．

２００３；邋Ｐｅｎｇ邋等，２０１６；邋Ｄａｖｉｄ邋等，１９９９；朱合華等，２００６；寇紹全，１９８７；逡逑Ｋｅｓｈａｖａｒｚ邋等，２０１０；邋Ｃｈａｋｉ邋等，２００８；張連英等，２００８；邱一平，２００６）。大逡逑量研宄結(jié)果表明，溫度越高或者熱循環(huán)次數(shù)越多，巖石的抗壓強(qiáng)度（如圖１－１）逡逑和變形模量（如圖１－２）會(huì)降低，應(yīng)力達(dá)到抗壓強(qiáng)度時(shí)對(duì)應(yīng)的峰值應(yīng)變會(huì)增大，逡逑同時(shí)，達(dá)到峰值強(qiáng)度后的強(qiáng)度衰減程度會(huì)減少，，全應(yīng)力應(yīng)變曲線由高聳向扁平發(fā)逡逑展，表明巖石會(huì)經(jīng)歷脆性向延性的過(guò)渡。逡逑（ａ）邋１．２邋邐逡逑１．１邋－邐鞏義石灰?guī)r（秦本東等，２００９）逡逑，0邐邐邋一0—焦作砂巖（秦本東等，２００９）逡逑？邐——錦屏大理巖（方榮等，２００５）逡逑制邋0．９邋■邐寧波大理巖（Ｃｈｅｎ邋ｅｔａｌ．
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TV223.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2663955