两种各向异性岩石的力学参数研究

论文摘要

岩石是矿物颗粒的集合体，内部存在着弱面、裂隙、层理等结构，在微观乃至宏观上具有非均质性和各向异性，并非理想的弹性体。论文以花岗岩和含单一天然贯通弱面的石灰岩为研究对象，研究岩石的各向异性及力学参数。对40个完整和含有倾角53°～90°的天然贯通弱面石灰岩试样进行纵波速度测试、单轴和常规三轴压缩试验。试验结果表明：纵波速度与弱面倾角和单轴抗压强度并没有明确的关系。试样破坏有沿弱面滑移、穿切弱面和复合破坏3种形式。充填石灰岩弱面的材料与主体类似，因而与完整试样具有相同的内摩擦系数0.944；据此可以从三轴压缩强度扣除围压影响，得到40个试样的材料强度在30.3~177.1MPa之间，平均值为121.3MPa，标准差为32.6MPa，大致服从正态分布规律。因最弱断面的方向随试样而不同，其粘结力也存在显著差异，引起试样三轴压缩的强度和破坏方式的不同。对花岗岩块及试样进行纵波速度测量、单轴压缩和巴西劈裂试验，确定材料的力学性质参数之间的关系。花岗岩具有均匀、各向异性特征；岩石内裂隙面存在优势方向，沿其法向的纵波速度、拉伸强度及压缩杨氏模量均较低，但单轴压缩强度未受其影响而较高；另一方向的抗压强度因试样易于沿裂隙面劈裂而偏低，其他参数则较高；由此引起试样单轴压缩强度与杨氏模量、纵波速度的负相关性。岩石的力学性质参数与内部构造之间的关系需要进行具体的分析。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 工程背景及研究意义
• 1.3 宏观尺度上各向异性国内外研究现状
• 1.3.1 理论研究现状
• 1.3.2 实验研究现状
• 1.3.3 数值模拟研究现状
• 1.4 微观尺度上各向异性研究现状
• 1.5 存在问题
• 1.6 本文研究内容
• 1.7 研究的技术路线
• 2 试样的加工与试验方法
• 2.1 石灰岩岩块的选取
• 2.2 花岗岩岩块的选取
• 2.3 岩块的制作加工及精度
• 2.4 试验设备及方法
• 2.4.1 试验设备
• 2.4.2 试验方法
• 2.5 本章小结
• 3 含天然贯通弱面石灰岩力学性质的研究
• 3.1 引言
• 3.2 单轴压缩应力应变全程曲线
• 3.2.1 完整试样
• 3.2.2 弱面试样
• 3.3 弱面试样与完整试样单轴试验力学参数分析
• 3.3.1 试样强度与速度特征
• 3.3.2 试样强度与杨氏模量特征
• 3.4 常规三轴压缩应力应变全程曲线
• 3.4.1 完整试样
• 3.4.2 弱面试样
• 3.5 常规三轴试验结果分析
• 3.5.1 试样离散性分析
• 3.5.2 弱面试样波速特征
• 3.5.3 弱面试样强度特征
• 3.6 试样材料强度的分析
• 3.7 弱面试样强度理论分析
• 3.7.1 完整试样强度理论
• 3.7.2 单弱面理论
• 3.7.3 单轴压缩破坏形式
• 3.7.4 三轴压缩破坏形式
• 3.7.5 弱面试样破坏原因分析
• 3.8 本章小结
• 4 各向异性花岗岩力学参数的研究
• 4.1 引言
• 4.2 花岗岩矿物成分各向异性研究
• 4.3 岩石的尺度对超声波速度的影响
• 4.3.1 弹性波传播理论及岩样尺寸的选取
• 4.3.2 纵波波速测定
• 4.4 单轴压缩试验
• 4.5 巴西劈裂试验
• 4.6 各向异性分析
• 4.7 本章小结
• 5 结论和展望
• 5.1 文章主要结论
• 5.2 研究的展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集