单轴和双轴压缩下裂隙性岩石力学特性试验研究

摘要

在工程建设过程中，尤其是隧道和边坡的开挖时，破坏了原有平衡状态，改变了微裂隙岩石的应力状态，将会直接影响岩石的力学特性。本文通过对泥巴山隧址区微裂隙发育流纹岩的单轴和双轴压缩试验，研究微裂隙流纹岩在单轴和双轴应力状态下的力学特性。
　　通过实验表明，流纹岩单轴压缩条件下表现出弹脆性特征，应力-应变曲线呈出上凹型，试件均呈张拉破坏，其宏观破裂面与轴向的夹角较小;单轴压缩条件下，流纹岩初始优势角接近时，裂隙数量密度和裂隙长度密度越小，流纹岩试样的强度越大，破裂时轴向应变越大;流纹岩初始优势角与轴向夹角的和其与横向夹角接近时，单轴抗压强度也接近。
　　对比各天然状态下单轴和双轴应力应变曲线，在两种状态下，均表现出明显的脆性，部分双轴高侧压试件呈现出一定的塑性;双轴压缩条件下，随着侧向约束的增加，试件破裂时破裂面数量减小，由呈“片帮式”破裂的多个破裂面逐渐向单个破裂面变化;在单轴压缩试样中，流纹岩应力应变曲线特征大体上相近，声发射压密阶段、弹性阶段和破坏阶段也相近，且破坏阶段短，均表现出明显的脆性;由于应力路径不同，在双轴加载时，裂隙夹角与σ1方向接近，加σ2会影响到试件压密效果，从而导致声发射过程中压密阶段不明显;中间主应力σ2对试件的破坏过程及破坏形态有着显著的影响，在其作用下，试件的双轴抗压强度呈现先增大再降低的过程。
　　预加载双轴试件由于预加载压密效果较好，未出现明显声发射事件，直接进弹性阶段后，然后进入破坏阶段，此阶段时间短，说明岩石脆性相比天然岩石更加明显;大部分试件弹性模量E和变形模量E50较为接近，这也是是预加载后裂隙压密所导致;预加载使流纹岩试件的双轴抗压强度有所提高。
　　将不同参数下D-P准则同实验值进行比较，得出DP3破坏准则模型能够应用于双轴条件下流纹岩强度特性研究;利用损伤力学等效原理，引入微元强度服从Weibull统计分布，以岩石微元破坏概率作为其损伤变量D，得到了流纹岩试样的弹性损伤本构模型;利用断裂力学原理，在理论上分析了双轴压缩下流纹岩破坏模式形成原因，利用薄板理论解释了流纹岩失稳破坏和片帮式破裂面形成的原因。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 研究意义及选题背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 裂隙性岩石力学特性理论研究

1．2．2 裂隙性岩石试验研究

1．2．3 岩石双轴压缩力学特性研究

1．2．4 研究现状综述

1．3 研究目的及主要研究内容

1．3．1 研究目的及主要内容

1．3．2 研究思路及技术路线

1．3．3 研究方法

第2章 取样区地质环境条件概述

2．1 取样区地形地貌概述

2．2 取样区地层及岩性概述

2．3 取样区地质构造特征及地应力特征概述

2．4 取样区岩体和岩石结构特征

2．5 本章小结

第3章 流纹岩压缩试验设计

3．1 试样制备

3．1．1 试样制备方法及过程概述

3．1．2 试样物理参数及尺寸测量

3．1．3 试样结构描述及微裂隙统计

3．2 试验方案制定

3．2．1 试验设备

3．2．2 加载方式及测试方案

3．3 本章小结

第4章 试验结果及其分析

4．1 单轴压缩下流纹岩力学特性

4．1．1 单轴压缩下流纹岩全过程变形特性

4．1．2 单轴压缩下流纹岩强度特性

4．1．3 单轴压缩下流纹岩声发射特征

4．1．4 单轴压缩下流纹岩破裂过程及特征

4．2 双轴压缩下流纹岩力学特性

4．2．1 双轴压缩下流纹岩全过程变形特性

4．2．2 双轴压缩下流纹岩强度特性

4．2．3 双轴压缩下流纹岩声发射特征

4．2．4 双轴压缩下流纹岩破裂过程及特征

4．3 预加载下流纹岩双轴压缩力学特性

4．3．1 全过程变形特性

4．3．2 强度特性

4．3．3 声发射特征

4．3．4 破裂过程及特征

4．4 单双轴压缩下流纹岩力学特性比较

4．4．1 全过程变形特性比较

4．4．2 强度特性比较

4．4．3 声发射特征比较

4．4．4 破裂过程及特征比较

第5章 流纹岩力学特性理论研究

5．1 概述

5．2 流纹岩应力-应变本构关系研究

5．3 流纹岩强度特性研究

5．4 流纹岩破坏模式分析

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献