预制裂隙岩石压缩性能试验及本构模型研究

来源 :华东交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xianglongke2000
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岩石是一种典型的非均质材料,其内部存在大量不同尺度的节理裂隙,这些节理裂隙影响着岩石的力学特性,使岩石本身固有的抗压、抗拉、抗剪的承载力下降,导致岩体工程稳定性破坏,从而引发工程事故,造成不可挽回的生命和财产损失。另外,地下水与周围介质产生水解反应,产生的H+使地下水的p H降低,改变岩体所处环境。岩石长期在这种酸性环境下其力学性能也会发生改变。本文以红砂岩为研究对象,通过人工预制单裂隙和双裂隙,裂隙倾角为0°、30°、45°、60°四种裂隙倾角,对自然条件和酸性条件下的岩石开展常规单轴、单轴循环加卸载、常规三轴压缩试验,研究其力学特性及建立本构关系。研究的主要内容和成果如下:(1)以红砂岩为基岩,通过对切割好的圆柱体岩样进行预制裂隙,裂隙倾角为0°、30°、45°、60°四种类型。将制作好的裂隙岩样进行自然条件下养护和放置玻璃器皿中进行化学腐蚀,腐蚀周期为20天。(2)选取长度、宽度相同的单、双裂隙为研究对象,开展单轴压缩、单轴循环加卸载、三轴压缩试验,探究裂隙试件的力学特性和破坏特征,分析裂隙倾角、裂隙数量、围压对实验结果的影响。试验发现围压的增大能明显的提高岩石的抗压强度,裂隙数量的增多则能降低岩石的抗压强度。(3)开展酸性条件下,裂隙岩石的单轴、循环加卸载及三轴压缩试验,对比自然养护条件和酸性腐蚀环境下力学性质的差异,试验结果表明试件在酸性腐蚀下的抗压强度明显低于自然养护条件下岩石的强度。(4)基于Weibull概率分布模型,运用连续损伤力学理论、统计损伤学定义含初始缺陷的岩石损伤变量,定义初始损伤系数Kd,建立裂隙岩石本构模型。此模型是对传统模型的进一步优化。通过三轴试验采集的数据进行验证分析,将其试验曲线与模型曲线进行拟合,结果显示模型曲线和试验曲线比较一致,从而证明该模型的科学性与合理性。
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