循环荷载条件下岩石变形损伤及能量演化的实验研究

论文摘要

在岩土工程施工及运营阶段,经常会遇到周期性荷载的作用,岩体在周期性荷载作用下的力学性能是影响岩土工程长期稳定性的重要因素之一。因此,深入系统开展周期性荷载作用下岩石的变形损伤的演化规律具有十分重要的理论研究价值和工程实际指导意义。本文以重庆三峡库区三叠系上统须家河组（T3xj）的砂岩为研究对象,利用MTS815岩石力学测试系统和RLW-2000M煤岩三轴流变试验机对岩石分别进行了单轴循环荷载（包括不同含水状态、不同应力水平）、三轴循环荷载（包括轴向应力循环、围压循环）和孔隙水压力循环荷载（包括不同上限循环幅值、不同下限循环幅值）实验。论文分析了循环荷载作用下岩石滞回环曲线的演化规律,并从能量的角度探讨了循环荷载作用过程中岩石能量吸收与释放的演化规律,研究结果表明:岩石在单轴和三轴循环荷载作用下,随着循环次数的增加,岩石应力-应变滞回环曲线呈现由疏变密的特征,且残余应变量逐渐减小并趋于稳定。孔隙水压力循环荷载作用下,岩石的每个轴向有效应力-轴向应变滞回环和横向有效应力-横向应变滞回环曲线均为顺时针发展且可分为4个阶段。另外从能量的角度分析可知,在单轴和三轴循环荷载作用下,每次循环完成后的单位体积耗散能均随着循环次数的增加而减小并逐渐趋于稳定,即单个循环荷载完成后岩石耗散掉的能量在逐渐减小。而在孔隙水压力循环荷载作用下,单位体积耗散能随着循环次数的增加而增大并逐渐趋于稳定,在循环的初始阶段,单位体积耗散能为负值,说明岩石试件向外释放能量,而随着循环次数的增加,单位体积耗散能有趋向于零并有向正值演化的规律,说明岩石试件开始从外界吸收能量。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 循环荷载方面
• 1.2.2 能量变化机理方面
• 1.3 主要内容和技术路线
• 1.3.1 主要内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 实验方法
• 2.1 岩样的采集与加工
• 2.2 实验设备
• 2.3 实验方案与步骤
• 2.3.1 实验方案
• 2.3.2 实验步骤
• 3 循环荷载作用下岩石变形损伤特性
• 3.1 单轴循环荷载
• 3.1.1 不同含水状态
• 3.1.2 不同应力水平
• 3.2 三轴循环荷载
• 3.2.1 轴向应力循环
• 3.2.2 围压循环
• 3.3 孔隙水压力循环
• 3.3.1 不同上限循环幅值
• 3.3.2 不同下限循环幅值
• 3.3.3 滞回环曲线分段机理
• 3.4 本章小结
• 4 循环荷载作用下岩石能量演化规律
• 4.1 单轴循环荷载
• 4.1.1 岩石试件受力特征
• 4.1.2 不同含水状态下能量演化规律
• 4.1.3 不同应力水平下能量演化规律
• 4.2 三轴循环荷载
• 4.2.1 岩石试件受力特征
• 4.2.2 轴向应力循环能量演化规律
• 4.2.3 围压循环能量演化规律
• 4.3 孔隙水压力循环
• 4.3.1 岩石试件受力特征
• 4.3.2 滞回环曲线分段对应的能量分析
• 4.3.3 不同上限循环幅值能量演化规律
• 4.3.4 不同下限循环幅值能量演化规律
• 4.4 本章小结
• 5 结论及建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者在学习期间发表的论文
• B 作者在学习期间参加的科研项目
• C 作者在学习期间的获奖情况