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干湿循环作用下红砂岩的累积损伤特性研究

2020-12-08阅读(196)

干湿循环作用下红砂岩的累积损伤特性研究

论文摘要

红砂岩在湿度因素的影响下,其物理力学性质发生显著劣化,常引发各种工程灾害工程。本文以红砂岩为研究对象,对其在干湿循环作用下的累积损伤特性展开研究,其研究成果对红砂岩地区的岩体工程长期稳定性评价和地质灾害防治具有重要的理论价值和实际意义。本文的主要研究内容与结论如下:(1)研究了红砂岩的基本物理特性。开展了基本物理试验和SEM、EDS、XRD试验,得到红砂岩的基本物理参数指标、元素含量及矿物成分。其中红砂岩主要元素含有O、Mg、Al、Si、K、Ca、Fe和矿物成分主要有:石英、方解石、长石、云母、高岭石、绿泥石、伊利石、绿脱石、蒙脱石等;并对红砂岩吸水率试验计算分析得知:红砂岩吸水率随循环次数的增加而增大,但对红砂岩吸水率的增量改变是减弱的。(2)研究了干湿循环次数下红砂岩的强度特性。开展了单轴压缩试验、劈裂试验、三轴压缩试验,单轴压缩试验得到不同干湿循环次数下红砂岩应力应变的曲线关系,对单轴压缩试验变形特性、强度特性、破坏特性进行了分析,得到峰值应变随干湿循环幅度的增加呈现增大的趋势,但其变化的规律并不明显;可知随着干湿循环次数的增加,红砂岩有从脆性到塑性过渡的发展趋势。劈裂试验得到抗拉强度与干湿循环次数有呈指数型的关系。三轴压缩试验得到当岩石处于同一干湿循环状态下时,红砂岩试样随围压的增大峰值强度增加,而且对应的应变也有增加的趋势;当岩石处于同一围压状态下时,红砂岩试样随干湿循环次数的增大峰值强度减少;围压越高,峰值应力增加的幅度越小;通过对红砂岩破坏形式的分析可知:随着干湿循环次数的增加,红砂岩有从脆性到塑性过渡的发展趋势,与单轴抗压试验结果一致。(3)研究了干湿循环作用下红砂岩力学参数劣化损伤特性分析。并引入总劣化度、阶段劣化度、阶段内平均劣化度等参数对力学参数随循环次数的变化进行分析,并就循环次数与红砂岩力学参数拟合成对数函数,进行了归一化处理,得到劣化损伤从大到小的依次顺序为:抗拉强度>单轴抗压强度>弹性模量>内摩擦角>粘聚力;引入损伤系数,可知其从大到小的依次顺序为:抗拉强度>单轴抗压强度>弹性模量>内摩擦角>粘聚力;运用Weibull统计分布概率密度函数,计算损伤变量,建立损伤本构模型,并基于本文单轴抗压试验的结果对其进行验证分析,结果表明计算出来的理论曲线基本可以拟合试件试验应力应变过程曲线。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 选题背景及意义
  •   1.2 国内外研究现状
  •     1.2.1 含水量对岩石强度的研究现状
  •     1.2.2 干湿循环作用下岩石的强度特性研究现状
  •     1.2.3 干湿循环作用下岩石损伤特性研究现状
  •   1.3 主要研究内容与研究方法
  •     1.3.1 研究方法与研究内容
  •     1.3.2 研究技术路线
  • 第二章 红砂岩的物理特性试验研究
  •   2.1 含水率
  •   2.2 密度与容重
  •   2.3 吸水率
  •     2.3.1 试验方案与试验步骤
  •     2.3.2 试验结果与分析
  •   2.4 红砂岩的矿物成分分析
  •     2.4.1 试验原理与实验步骤
  •     2.4.2 试验结果与分析
  •   2.5 红砂岩微观结构与微曲元素分析
  •     2.5.1 试验设备与试验步骤
  •     2.5.2 试验结果与分析
  •   2.6 本章小结
  • 第三章 干湿循环作用下红砂岩强度特性试验研究
  •   3.1 干湿循环试验方案
  •   3.2 干湿循环作用下红砂岩单轴压缩试验
  •     3.2.1 试样制备与实验方案
  •     3.2.2 实验步骤
  •     3.2.3 试验结果与分析
  •   3.3 干湿循环作用下红砂岩劈裂试验
  •     3.3.1 试件制备与试验方案
  •     3.3.2 试验步骤
  •     3.3.3 实验结果与分析
  •     3.3.4 红砂岩劈裂破坏特征分析
  •   3.4 干湿循环作用下红砂岩三轴压缩试验
  •     3.4.1 试件制备及试验方案
  •     3.4.2 试验步骤
  •     3.4.3 试验结果与分析
  •     3.4.4 红砂岩三轴破坏特征分析
  •   3.5 本章小结
  • 第四章 干湿循环作用下红砂岩力学参数分析及损伤本构模型特性研究
  •   4.1 引言
  •   4.2 岩石损伤力学基本理论
  •   4.3 干湿循环作用下红砂岩力学参数损伤劣化分析
  •     4.3.1 弹性模量分析
  •     4.3.2 单轴抗压强度分析
  •     4.3.3 抗拉强度分析
  •     4.3.4 粘聚力和内摩擦角分析
  •     4.3.5 力学参数损伤归一化分析
  •   4.4 干湿循环作用下膨胀岩的损伤模型及其参数确定
  •     4.4.1 基于weibull统计分布的岩石损伤模型
  •     4.4.2 模型参数的确定
  •     4.4.3 干湿循环作用下红砂岩的损伤模型的验证
  •   4.5 本章小结
  • 第五章 结论与展望
  •   5.1 结论
  •   5.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 李刚

    导师: 高文华

    关键词: 干湿循环作用,强度特性,红砂岩,累积损伤,损伤系数

    来源: 湖南科技大学

    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: 湖南科技大学

    分类号: TU45

    DOI: 10.27738/d.cnki.ghnkd.2019.000166

    总页数: 71

    文件大小: 3252K

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