岩石真三轴试验端部效应评估与减摩研究

作     者：刘晓宇 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：冯夏庭

授予年度：2015年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：硬岩 真三轴 端部摩擦 减摩剂 变形测量 应力应变曲线 聚四氟乙烯 硬脂酸酯 

摘      要：随着全球经济的快速发展,人类对能源需求的不断增加,矿山的开采强度在不断增大,开采深度在不断增加。这样实际岩体工程逐渐进入深部复杂应力状态阶段,工程遇到的问题,比如在深部采矿,开挖地下隧道等大型地下土木工程经常会遇到岩爆问题。而且随着工程实践的增多,研究人员渐渐发现过去的岩石破坏强度理论有很明显的缺陷,建议使用一种更为符合实际情况的,考虑到中间主应力的强度准则。要研究这些问题需要使用一台真正的真三轴试验机研究不同加载路径下的岩石破坏行为,因此,东北大学深部开采中心结合国际岩石力学研究的热点问题,正在开展真三轴项目用来研究深部开采过程中岩石破坏规律。端部摩擦问题是东北大学开展真三轴试验首先要解决的技术难题之一,从而尽可能实现均匀的三轴应力状态。虽然说这个问题极其重要,研究人员也尝试用不同的减摩材料希望达到减小端部摩擦效应的效果,但是对于验证减摩效果相关的试验和研究确实非常的少,尤其是没有人对端部摩擦做量化分析的工作,因而不能很好的认识和解决端部摩擦的问题。本文从强度和变形两个指标来比较和评估端部摩擦效应,初期阶段在常规三轴试验机平台上做单一方式加载的端部摩擦试验,采用多点应变测量的方法,目的是验证方法的可行性。随后在真三轴平台上测定了以往用于真三轴试验中两种常用减摩剂（聚四氟乙烯和硬脂酸合成酯）的摩擦系数,评价在真三轴试验机上进行的3种不同类型的刚性加载试验中端部摩擦效应问题（两个不同方向的单轴加载试验和双轴加载试验）,通过光学显微镜下观察了减摩剂形态。最后,比较了在真三轴试验中添加减摩剂和未添加减摩两种情况下真三轴试验强度和变形的影响,利用强度差异值来定量讨论端部摩擦效应在真三轴试验中的影响作用。