“风干-浸泡”循环作用下损伤砂岩力学特性研究

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岩体破坏过程是其内部损伤累积发展的过程,在地震中形成的“震裂山体”和“震松山体”其内部存在大量的动力损伤在后期降雨或者库水位升降变化作用下,将失稳破坏,因此有必要对损伤岩样在周期性“风干-浸泡”循环作用下的力学性质劣化规律以及劣化机理进行研究。论文在理论分析的基础上,开展了考虑时间效应和库水位升降变化的“风干-浸泡”循环作用试验,对损伤后浸泡和浸泡后损伤两组岩样的力学性质劣化规律、“风干-浸泡”循环作用劣化机理以及考虑岩样初始动力损伤的本构模型进行了详细研究。论文的主要研究成果如下:(1)岩样抗压强度与纵波波速、密度值具有较好的相关性,通过人工法和超声-密度综合法联合修正岩样强度可有效控制试样的初始离散性,从而更好的反映试验规律。(2)通过循环加卸载作用模拟岩样的初始动力损伤,并通过弹性模量法、修正的弹性模量法以及能量法三种方法计算该损伤变量。三种方法对损伤变量的比较计算分析表明:弹性模量法计算结果偏小,能量法和修正的弹性模量法的计算结果较为接近,但比较而言修正的弹性模量法计算准确度相对较高。(3)两组岩样在不同围压下六个周期的应力-应变曲线的形态基本-致,随着“风干-浸泡”循环次数的增加,应力-应变曲线的压密段以及屈服破坏段明显增长,延性逐渐变大,岩样“变软”的趋势显著,同时损伤后浸泡岩样相对较软。(4)“风干-浸泡”循环对岩石的损伤具有累积效应,在“风干-浸泡”循环作用下,两组岩样的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、c、φ值、动弹模均逐渐衰减阻尼系数、阻尼比、泊松比、岩样损伤变量以及不同围压下的峰值轴向应变逐渐增大,可以通过函数y=y0-a×ln(1+b×NC)较好拟合,同时相同循环周期下损伤后浸泡岩样的各种力学参数均弱于同等条件下的浸泡后损伤岩样。(5)“风干-浸泡”循环作用对岩样动力力学参数的影响次序为:损伤变量>阻尼比>阻尼系数>动弹模;“风干-浸泡”循环作用对岩样静力力学参数影响次序为:单轴抗压强度>抗拉强度>三轴抗压强度>弹性模量>粘聚力>泊松比>摩擦角。(6)考虑动力损伤和风干-浸泡”循环作用的本构模型与试验曲线吻合较好,同时随着“风干-浸泡”循环次数的增多,Weibull分布参数m、F0均逐渐减小,且损伤后浸泡岩样的m、F0相对较小。
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