检索结果-南通市图书馆

作者：任誉茜重庆交通大学

学位级别：硕士

本文以梧桐山隧道工程独特的层状围岩为对象,在考虑岩层倾角和围岩强度的基础上,研究了层状围岩的力学特性和破坏模式,为类似工程提供参考依据。本文选择透明材料制备具有高度贯通结构面的层状围岩隧道,设计了一种外框模具进行位移受限... 详细信息

本文以梧桐山隧道工程独特的层状围岩为对象,在考虑岩层倾角和围岩强度的基础上,研究了层状围岩的力学特性和破坏模式,为类似工程提供参考依据。本文选择透明材料制备具有高度贯通结构面的层状围岩隧道,设计了一种外框模具进行位移受限的单轴压缩试验;同时还设计了一套围压加载装置,用于进行不同围压条件下的真三轴试验。深入揭示岩层倾角和围岩强度因素对层状围岩隧道力学特性及破坏模式的影响规律,得到以下主要研究成果:(1)选用普通玻璃砂、熔融石英砂、天然水晶砂以及环氧树脂和聚醚胺为材料,制备具有不同强度的层状围岩隧道。同时,采用凡士林和保鲜膜制备高度贯通的结构面。(2)对比围岩的应力-应变曲线图和能量演化曲线图发现,在单轴压缩和三轴压缩条件下,当岩层倾角θ=15°～45°时,围岩受到水平位移限制,在加载初期经历了较长的压密阶段,导致曲线较为平缓且峰值强度较低;相反,当θ=0°、60°和75°时,应力上升速度较快,并且围岩变形破坏迅速,峰值强度更高。外界所做功由弹性应变能逐渐转为耗散能,表明围岩抵抗外力破坏能力逐渐减弱,但由于位移和围压的限制,围岩仍具有一定抵抗外力破坏的能力。曲线产生波动有两个原因:一是骨料持续被碎裂,内部持续产生裂隙;二是岩层顺层面滑移并受到侧向限制。(3)对比围岩的力学参数,发现其峰值强度、弹性模量和变形模量随岩层倾角增大呈“U”型变化规律,即在θ=30°或45°时达到最小值。单轴压缩下,峰值应变表现为“驼峰”型变化,这也是由于水平位移限制所导致;而在三轴压缩下,峰值应变则呈现倒“U”型变化,这是因为当θ=15°～45°时,围岩在轴向加载下不仅发生顺层滑移,还会持续被压密,在两种因素共同作用下变形量更大。围岩强度越高,则其抗压强度最大值与最小值之差也越大,最大可达33.398MPa;相反的,围岩强度越低,则其抗压强度最大值与最小值之差较小,可达18.585MPa。表明围岩强度越高的层状岩体受到开挖扰动,对其力学性质影响更大,变形破坏更严重。(4)对层状围岩隧道的破坏模式进行分析,发现破坏位置主要集中在洞周岩层较薄处及分层界面处。当θ=0°～30°时,围岩的破坏模式主要表现为轴向劈裂破坏,并伴有轴向张拉裂隙和垂直于层面的裂隙。而θ=45°～75°时,破坏模式则主要是沿着层面发生滑移破坏,并伴有垂直于层面的剪切裂隙。以CG和FQ为骨料的围岩强度更高且岩块崩落现象更明显,而以NC为骨料的围岩强度相对较低且破坏程度相对较小,表现为裂隙贯通后破坏。(5)为避免开挖导致层状围岩发生较大变形,甚至失稳塌方,应加强超前地质预报并进行支护措施,提前探明围岩所处地质环境,并对隧洞周围岩层薄弱处及分层界面处进行支护,控制围岩变形及塑性区的扩展。

关键词：层状围岩透明类岩石材料高度贯通结构面力学特性破坏模式

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内置三维断续节理网络的透明类岩石材料破坏机制研究

内置三维断续节理网络的透明类岩石材料破坏机制研究

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作者：李平海南大学

学位级别：硕士

节理岩体作为工程岩体,在隧道、采矿工程、水利水电、边坡中广泛出露,节理岩体在非连续性、成组性和随机性等天然属性的影响下,表现出复杂的变形破坏特征,显著影响和制约着工程岩体的力学行为和稳定性。节理对完整岩石力学特性的弱化是... 详细信息

节理岩体作为工程岩体,在隧道、采矿工程、水利水电、边坡中广泛出露,节理岩体在非连续性、成组性和随机性等天然属性的影响下,表现出复杂的变形破坏特征,显著影响和制约着工程岩体的力学行为和稳定性。节理对完整岩石力学特性的弱化是导致节理岩体工程失稳风险显著增加的关键因素。因此,研究节理岩体的破坏机制一直是岩石工程关注的热点问题。在前面学者的研究中,大多将节理岩体的破坏视为二维平面问题,但从本质上来说,节理岩体具有三维特性,将其简化为二维问题来研究,必将与真实岩体的破坏有着一定的差距。所以,开展内置三维断续节理岩体破坏机制的研究对岩体工程的设计、施工等具有深远的意义。许多学者在传统的类岩石材料中(水泥、砂浆、石膏等)预制具有一定几何分布规律的节理来研究试样内部节理的扩展演化过程,但由于传统的类岩石材料试样内部节理扩展不可视,从而无法观察其扩展过程。鉴于以上问题,本文采用环氧树脂、固化剂和促进剂制作出脆性和透明度较高的类岩石试样,采用云母片作为预制的节理,并利用高速摄像机观察单轴压缩条件下内置节理单元尖端裂纹扩展及贯通规律,具体工作及主要成果如下:(1)选取环氧树脂、促进剂和固化剂为类岩石试样制备的原材料,基于正交试验,将固化比、促进比和冷冻时间作为试样的影响因素,获取了各因素水平下类岩石试样单轴抗压强度、抗拉强度、脆性指标和变形指标的变化规律以及试样的典型破坏模式,总结分析了各因素对试样力学特性和破坏模式的影响机制,在此基础上确定了具有典型脆性破坏特征的透明类岩石材料制备的最优配比。(2)基于具有典型脆性破坏特征的透明类岩石材料配比,制备了内置单条三维节理的透明类岩石试样。对内置不同倾角(0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°)单条三维节理试样进行单轴压缩试验,并进行高速摄像实时监测,分析了试样的应力-应变曲线特征、单条三维节理尖端裂纹的起裂方式以及试样的最终破坏模式。试验表明:内置单条三维节理试样强度随着节理倾角的增大,呈现先减小后增大的规律,且试样强度在节理倾角45°时达到最小;节理两端裂纹出现的顺序依次为羽状裂纹、包裹式翼型裂纹、花瓣状裂纹以及蝴蝶状裂纹,其中蝴蝶状裂纹在之前许多学者的研究中未出现过。(3)对内置三维节理组的透明类岩石试样进行单轴压缩试验,并进行高速摄像实时监测,分析了内置不同倾角和间距节理组试样的应力-应变曲线特征、三维节理尖端裂纹的起裂方式、三维节理单元间的贯通路径以及试样的最终破坏模式。节理倾角和节理间距的改变,对试样强度和破坏模式有着显著的影响,具体表现为:随着节理倾角的增大,试样强度呈现出先增大后减小的规律,其中45°时达到最小;随着节理间距的增大,试样强度也随之增强。当节理倾角为0°时,试样表现为炸裂破坏,当节理倾角为15°、30°、45°、60°、75°和90°时,试样以脆性劈裂破坏为主。(4)对内含三种不同孔径尺寸圆形洞室的透明类岩石试样进行单轴压缩试验,并进行高速摄像实时监测。试验结果显示随着孔径尺寸的增大,试样强度逐渐降低。圆形洞室试样表现出渐进破坏特征,即裂纹起裂首先是发生在洞室的边缘,在未达到起裂应力的时,会有微小的裂纹产生,当达到起裂应力时,会产生大片的裂纹;随后在持续加载下,裂纹最终沿着洞室的中心轴线扩展,产生贯通的拉伸裂纹,直至试样破坏。

关键词：透明类岩石材料三维断续节理力学特性破坏机制

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水压作用下三维裂隙组扩展过程试验研究

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科学技术与工程 2017年第4期17卷 92-98页

作者：曹加兴朱珍德田源赵晨羽董晓庆河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室南京210098 江苏省岩土工程技术工程研究中心河海大学南京210098 南京市测绘勘察研究院有限公司南京210019

坝基和边坡等受压岩体裂隙中往往有水压力的存在,真实岩体中不能直接观察内部裂隙的扩展过程。自行研制了一种在低温下具有良好脆性的透明类岩石材料,内部预制张开型裂隙组,通过导管与外部高压注水设备相连进行单轴压缩试验。详细阐述... 详细信息

坝基和边坡等受压岩体裂隙中往往有水压力的存在,真实岩体中不能直接观察内部裂隙的扩展过程。自行研制了一种在低温下具有良好脆性的透明类岩石材料,内部预制张开型裂隙组,通过导管与外部高压注水设备相连进行单轴压缩试验。详细阐述了单裂隙和平行双裂隙组试件在渗透水压和单向压缩条件下内部裂纹的起裂、扩展、贯通机制;研究了裂隙组倾角及间距对平行双裂隙组试件起裂应力和峰值强度的影响。试验表明:水压作用下裂纹的扩展贯通模式和无水情况下明显不同,水压的存在对花瓣型裂纹和反翼裂纹有抑制作用,对包裹式翼裂纹有促进作用;平行双裂隙组试件的起裂应力和峰值强度随裂隙倾角增大呈现先减小后增大的趋势,并且在45°左右时强度最低;裂隙间距增加,起裂应力和峰值强度增大并逐渐趋于单裂隙强度水平。试验成果对研究岩体中水压作用下受压裂隙组起裂、贯通机制具有重要的参考价值。

关键词：透明类岩石材料平行双裂隙组渗透水压峰值强度

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