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珊瑚礁灰岩工程地质及声发射特性研究

2020-12-02阅读(360)

珊瑚礁灰岩工程地质及声发射特性研究

论文摘要

珊瑚礁在岩石学上统称为珊瑚礁灰岩,根据岩石结构构造的不同,主要划分为四种结构类型:珊瑚骨架灰岩、珊瑚砾块灰岩、珊瑚砾屑灰岩和珊瑚砂屑灰岩。通过中国南沙群岛某珊瑚礁体多个钻孔岩性特征以及RQD指标发现,珊瑚礁体内部结构呈现出软硬互层交替的垂直分带现象。海相生物成因的珊瑚礁灰岩物理力学特性与陆相地质岩石有所区别,目前处于起步探索阶段。考虑到珊瑚礁工程的需要,故以基本工程地质特性为要,并在珊瑚礁灰岩力学特性研究中初步利用声发射技术,为珊瑚礁工程的可行性建设及其稳定性评价提供科学可靠的设计依据和关键技术支撑。主要研究成果如下:1.依据相关工程岩体分级标准,基于珊瑚礁灰岩纵波速度、干密度和孔隙度三者之间的关系,结合某珊瑚礁体多个钻孔岩芯回弹值沿深度的演化规律以及岩芯薄片光学检测结果,建立一个珊瑚礁体地层的回弹值划分方法,提出一个基于纵波速度的珊瑚礁灰岩质量等级的划分标准。运用岩石二相体模型基本原理,建立了修正的时间平均公式。2.不同结构类型珊瑚礁灰岩强度特性均符合Mohr-Coulomb准则,珊瑚骨架灰岩强度特性的围压效应比其他三类珊瑚礁灰岩更为敏感。不同结构类型珊瑚礁灰岩在单轴压缩作用下的宏观破坏特征表现出显著的差异性,珊瑚骨架灰岩和珊瑚砂屑灰岩表现为贯穿的拉伸破坏,珊瑚砾块灰岩和珊瑚砾屑灰岩表现出局部的张性裂隙,并伴随因应力集中引起的孔洞崩塌式破坏。珊瑚礁灰岩在三轴压缩作用下的宏观破坏特征表现出较明显的围压效应,即单轴压缩呈现为劈裂式拉伸断裂面,随着围压的增大,由“两级台阶式”宏观断口逐渐过渡呈现为贯穿的单斜面剪切带。3.珊瑚礁灰岩在三轴压缩作用下的声发射时序演化规律与其应力-应变曲线特征基本吻合,主要表现为4阶段分布特征。提出“等效破坏时间”的概念,以揭示珊瑚礁灰岩力学特性的“骨架结构效应”。“等效破坏时间”及其所对应的累计振铃计数、累计能量计数随围压的增大呈良好的对数函数规律增大,这与珊瑚礁灰岩宏观破坏形式所表现的围压效应相吻合。4.不同结构类型珊瑚礁灰岩峰前能量演化规律与其峰前应力-应变曲线特征相吻合,能量守恒原理确定的岩石扩容点位置与声发射技术的应用相一致。峰前耗散能、累计振铃计数、累计能量计数在扩容点之前表现出稳定的平缓现象,符合岩石的线弹性变形特征,并在约90%处呈现剧增现象,即为岩石内部微裂纹快速不稳定扩展的开始。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究背景与研究意义
  •   1.2 珊瑚礁灰岩工程地质特性研究进展
  •     1.2.1 基本物理特性
  •     1.2.2 基本力学特性
  •     1.2.3 地基承载力
  •   1.3 岩石声发射特性研究进展
  •   1.4 本文研究思路
  • 第二章 珊瑚礁灰岩基本构成
  •   2.1 矿物化学成分
  •   2.2 岩块结构类型
  •   2.3 岩体结构特征
  •   2.4 本章小结
  • 第三章 珊瑚礁灰岩基本物理特性
  •   3.1 密度
  •   3.2 吸水性和孔隙性
  •   3.3 弹性纵波特性
  •   3.4 物性参数之间的关系
  •   3.5 质量等级的划分标准
  •   3.6 岩石二相体模型的应用
  •   3.7 本章小结
  • 第四章 珊瑚礁灰岩基本力学特性
  •   4.1 测试仪器
  •   4.2 抗拉特性
  •   4.3 单轴压缩力学特性
  •     4.3.1 典型的应力应变曲线特征
  •     4.3.2 宏观破坏特征
  •     4.3.3 物理力学参数的相关性
  •   4.4 三轴压缩力学特性
  •     4.4.1 典型的应力应变曲线特征
  •     4.4.2 宏观破坏特征
  •   4.5 抗剪强度指标
  •     4.5.1 Mohr-Coulomb强度理论的应用
  •     4.5.2 格里菲斯强度准则的应用
  •   4.6 本章小结
  • 第五章 珊瑚礁灰岩声发射特性
  •   5.1 试样制备
  •   5.2 声发射信号表征参数
  •   5.3 “等效破坏时间”的提出
  •   5.4 声发射三维定位初探
  •   5.5 本章小结
  • 第六章 珊瑚礁灰岩扩容点位置
  •   6.1 能量守恒原理的应用
  •   6.2 声发射技术的应用
  •   6.3 本章小结
  • 第七章 结论与展望
  •   7.1 结论
  •   7.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表的学术论文

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 郑坤

    导师: 汪稔,孟庆山

    关键词: 珊瑚礁灰岩,工程地质,声发射,围压效应,峰前能量

    来源: 广西大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 地质学,建筑科学与工程

    单位: 广西大学

    基金: 国家自然科学基金:珊瑚礁砂混合体宏细观力学性能及尺度效应研究(41877267),珊瑚礁工程地质评价及其工程力学效应的分带性研究(41330642),礁岸再造珊瑚礁混凝土损伤机制及其服役性能研究(41472287),中国科学院战略性先导科技专项(A类):岛礁形态与工程力学特性(XDA13010200)

    分类号: TU45

    总页数: 72

    文件大小: 5555K

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