论文题目: 基于CT实时观测的水—岩力学耦合机理研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 岩土工程
作者: 崔中兴
导师: 仵彦卿
关键词: 实时观测,宏观应力应变,细观损伤分析,密度损伤增量,渗透水压力,裂隙隙宽变化,强度与变形折减率
文献来源: 西安理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 应力场、渗流场耦合系统是实际工程中经常遇到的问题,因此,研究水-岩相互作用的力学机制和岩石内部细观损伤演化过程及其破裂模式,从细观到宏观两方面揭示出水-岩相互作用的损伤扩展机理,揭示岩石的细观损伤过程及其破裂模式,揭示水-岩相互作用的内在力学机制,是解决重大工程和地质灾害防治的关键的基础科学课题,具有重要的科学意义及应用研究价值。利用SIEMENS SOMATOM plus 型X射线螺旋CT机和中低压多功能岩土渗流实验装置,以中等胶结程度、透水性较好的陕西铜川地区的砂岩为研究样本,在三轴应力状态下,对砂岩试样的应力与渗流相互作用的损伤全过程进行了三维实时CT动态观测。在第二章节里,对砂岩进行了干燥状态下的砂岩试样的宏观应力应变特性试验和不同渗透水压力作用下的砂岩试样的宏观应力应变特性试验。提出了围压对试样强度和变形的折减率与渗透水压力对试样强度和变形的折减率的基本概念及其数学表达式。在第三章节里,对砂岩试样进行了水-岩相互作用过程的三西安理工大学博士学位论文亩亩亩亩亩亩亩面亩亩亩亩亩亩亩亩亩亩亩亩百亩百面亩亩万亩亩亩亩亩亩百亩亩亩百面亩亩巨亩百亩百亩亩亩苹奋百声亩亩亩亩亩i维实时Cl,观测。对砂岩试样进行了实验过程中密度变化的数学分析,导出了在渗流状态下基于细观分析的砂岩试样密度损伤增量的数学表达式,研究分析了砂岩应力应变状态与Cl,数变化的相关关系、围压对Cl,数变化的影响以及渗透水压力与C江,数变化的相关关系。 在第四章节里,进行了基于细观分析的砂岩隙宽宽度变化的数学分析。提出了砂岩裂隙隙宽变化与Cl,数变化的相关关系;提出了基于Cl,数值的变化求解砂岩试样裂缝宽度的计算公式;提出了基于Cl,图像求解砂岩试样裂缝宽度的计算公式;给出了渗透水压力与砂岩裂缝宽度变化的相关关系及其数学表达式。研究结果表明除了应力能对岩石造成变形损伤外,渗透水压力也会对岩石造成变形损伤,而且渗流与应力状态的相互作用影响很大,渗透水压力对试样的强度和变形的影响是显著且十分灵敏的。关键词:CT实时观测,宏观应力应变,细观损伤分析,密度损伤增量,渗透水压力,裂隙隙宽变化,强度与变形折减率
论文目录:
1. 水-岩相互作用研究现状综述
1.1 水-岩相互作用研究课题的科学意义
1.2 岩石损伤研究的国内外研究概况
1.2.1 岩石损伤演化规律的研究方法
1.2.2 理论研究方法
1.2.3 数值仿真方法
1.2.4 声发射分析方法
1.2.5 岩石扫描电子显微镜(SEM方法)
1.2.6 岩石CT扫描观测方法
1.3 岩石细观CT实时观测的方法评价
1.4 研究内容与目标
2. 砂岩的宏观应力应变特性试验
2.1 砂岩试样的基本物理性质
2.2 干燥状态下砂岩试样的应力应变特性试验
2.2.1 围压对砂岩试样强度与变形的影响
2.2.2 围压对砂岩强度和变形的折减率
2.3 不同渗透水压力作用下砂岩试样的应力应变特性试验
2.3.1 砂岩试样的水理软化性质
2.3.2 渗透水压力对砂岩试样强度和变形的影响
2.3.3 渗透水压力对砂岩试样强度和变形的折减率
2.4 本章的主要结论
3. 水-岩相互作用过程的砂岩试样三维实时CT观测
3.1 渗流状态下砂岩试样的三维实时CT观测
3.1.1 试验设备
3.1.2 试验材料
3.2 实验过程中砂岩试样密度变化的数学分析
3.2.1 来自CT机设计原理的密度变化的数学分析
3.2.2 来自虎克定律的密度变化的数学分析
3.3 砂岩应力应变状态与CT数变化的相关关系
3.4 围压对CT数变化的影响
3.5 渗透压力与CT数变化的相关关系
3.6 本章的主要结论
4. 基于细观分析的砂岩隙宽宽度变化的数学解析
4.1 单裂隙渗流的立方定律
4.2 砂岩裂隙隙宽变化与CT数变化的相关关系
4.2.1 测区裂缝面积计算方法的数学推导
4.2.2 各测区裂缝面积与测区面积的计算
4.3 基于CT数求解试样的裂缝宽度
4.3.1 基于CT数与R/b关系曲线的裂缝宽度求解
4.3.2 基于CT数与S缝I／Si之关系曲线的裂缝宽度求解
4.4 基于CT图像求解试样的裂缝宽度
4.4.1 试样直径的量测
4.4.2 试样裂缝宽度的计算
4.5 渗透水压力与裂缝宽度变化的相关关系
4.6 本章主要结论
5. 结论、展望与建议
5.1 本文的主要结论
5.2 本论文的创新点
5.3 实时CT观测技术研究展望与建议
5.3.1 实时CT观测技术研究展望
5.3.2 问题及建议
致谢
参考文献
附录攻读博士学位期间参加科研项目一览
附录2 攻读博士学位期间出版的著作
附录3攻读博士学位期间参与的科研活动
发布时间: 2005-05-10
参考文献
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