厚壁圆筒花岗岩力学特性研究

论文摘要

矿产资源开采深度不断增加,开采难度不断提高,开采成本也持续增大。巷道开挖改变了原有应力平衡状态,导致了自由面附近围岩产生加卸载作用,与初始应力条件相比,岩体切向应力增大,径向应力变小,岩体处于非均匀的应力状态。因此,研究非均匀应力状态下岩石力学特性具有重要的理论意义和实际意义。本文以厚壁圆筒花岗岩为研究对象,利用MTS815电液伺服岩石力学试验系统,对不同孔径花岗岩试样进行单轴压缩及三轴压缩试验,分析不同孔径和围压条件下花岗岩试样的强度、变形及破坏特征。主要研究成果如下:（1）单轴压缩下完整试样与厚壁圆筒试样峰值强度、变形特征、弹性模量差别较小,孔径对岩石单轴压缩下力学特性影响较小。三轴压缩条件下完整试样、厚壁圆筒试样的应力应变曲线均没有明显屈服阶段。完整试样和厚壁圆筒试样峰值强度随围压增大总体呈现增加趋势。当围压较小时,孔径为10mm、15mm、20mm试样和完整试样的强度差别较小;当围压达到30MPa时,孔径15mm、20mm试样强度明显偏低。相同围压下,厚壁圆筒试样弹性模量与孔径关系不大。（2）单轴压缩下厚壁圆筒试样破坏模式为张剪破坏,孔壁没有明显预先破裂的迹象。三轴压缩下主要的破坏模式为剪切破坏,其剪切面积随着围压的增大而减少,且孔径为10mm、15mm的厚壁圆筒试样在高围压下出现沿圆周的层状破坏,孔径为20mm的试样在不同围压下都出现明显的剥离。（3）随着围压的增大,三维H-B准则影响参数m值增大,试样的强度随着围压的增加而增大。在相同围压下,圆筒外壁到内壁每一位置的m值呈现增大趋势,试样承载能力越来越低,孔壁最容易发生破坏,该理论分析结果与试验结果一致。

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ABSTRACT

第一章绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 厚壁圆筒试验研究现状

1.2.2 H-B岩石强度准则的研究现状

1.3 本文主要研究内容及研究目的

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.3.3 研究方法及技术路线

1.4 本文的课题来源

第二章试验试样加工与试验方法

2.1 岩石试样的制备

2.2 试验仪器设备

2.2.1 单轴压缩试验设备

2.2.2 三轴压缩试验设备

2.3 试验方法步骤

2.3.1 巴西劈裂试验方法

2.3.2 单轴压缩试验方法

2.3.3 三轴压缩试验方法及步骤

2.4 本章小结

第三章厚壁圆筒花岗岩试样单轴压缩试验

3.1 巴西劈裂试验结果

3.2 单轴压缩抗压强度试验结果

3.3 含孔道试样单轴压缩强度特征

3.4 含孔道试样单轴压缩变形特征

3.5 含孔道试样单轴压缩破坏形式

3.5.1 完整试样单轴压缩破坏形式

3.5.2 含孔道试样单轴压缩破坏形式

3.6 本章小结

第四章厚壁圆筒花岗岩试样三轴压缩试验

4.1 三轴压缩强度理论分析

4.1.1 厚壁圆筒试样应力分析

4.1.2 完整试样应力分析

4.2 常规三轴压缩试验结果

4.3 厚壁圆筒试样三轴压缩变形特征

4.3.1 围压对试样变形影的响

4.3.2 孔径对试样变形特征的影响

4.4 厚壁圆筒试样三轴压缩强度特征

4.4.1 试样强度与围压的关系

4.4.2 含孔道试样强度与孔径的关系

4.4.3 杨氏模量与围压的关系

4.4.4 杨氏模量与孔径的关系

4.4.5 厚壁圆筒试样与完整试样三轴压缩强度差异

4.5 厚壁圆筒花岗岩试样三轴压缩破坏特征

4.5.1 厚壁圆筒花岗岩试样破坏形态

4.5.2 孔道和围压对岩石破坏形式的影响

4.6 本章小结

第五章厚壁圆筒H-B准则影响参数分析

5.1 概述

5.2 H-B准则发展简介

5.3 三维Hoek-Brown强度准则参数分析

5.4 本章小结

第六章结论

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

附录 A 攻读学位期间发表的论文与科研成果清单

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 连帅龙

导师: 万文,赵延林

关键词: 岩石力学,厚壁圆筒,力学特性,三轴压缩,准则

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

基金: 导师国家自然科学基金资助项目“高湿环境高应力裂隙矿柱水化侵蚀与流变损伤破坏机制”(项目批准号:51774132)

分类号: TU45

DOI: 10.27738/d.cnki.ghnkd.2019.000173

总页数: 77

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