单轴压缩荷载条件下岩石时间效应试验研究

摘要

在实际岩体工程中，岩石中的应力和应变速率时刻发生着变化，不同荷载速率条件下，岩石所表现出来的力学特性有较大的区别。此外，岩体中的应力和应变都在发生着变化，而非单纯的蠕变和应力松弛。本文以田下凝灰岩和井口砂岩为研究对象，开展了两种岩石的荷载速率依存性和广义应力松弛试验，研究了两种岩石在不同加载速率条件下的力学特性以及处于不同应力水平值下的广义应力松弛特性，为评估地下空间结构的长期稳定性和预测岩体应力-应变的变化情况提供理论基础。主要研究结论如下：
　　1)田下凝灰岩(I类岩石)和井口砂岩(II类岩石)两种岩石在峰值强度、峰值应变、破坏寿命、弹性模量、破坏形态等方面表现出明显的荷载速率依存性，随着加载速率增大，井口砂岩的峰值强度、峰值应变以及弹性模量的增量均比田下凝灰岩更大，且破坏程度更严重。
　　2)分别采用恒定荷载速率和交替荷载速率加载的试验方法研究了田下凝灰岩和井口砂岩的峰值强度及其荷载速率依存性系数n值，所得结果均相近，由此可知采用交替荷载速率试验的方法也能用来研究岩石的荷载速率依存性。
　　3)在峰前阶段，岩石试件广义应力松弛启动点所处的应力值水平越高，不同α值方向广义应力松弛试验后的最终应力和应变的变化量越大，初始应变速率和应力速率也越大；岩石处于峰值应力状态下启动广义应力松弛试验，应力和应变的变化程度最大，在α=-0.3、-1值方向下的试件在广义应力松弛过程中发生了破坏，将其广义应力松弛过程划分为应力-应变快速变化，应力-应变低速变化和应力-应变加速破坏三个阶段。
　　4)在峰前阶段，同一应力水平条件下启动广义应力松弛试验，经过相同的时间，田下凝灰岩的应力和应变的变化量相对井口砂岩更大；当启动点应力值由50%峰值应力提高到80%峰值应力，井口砂岩应力和应变的最终变化量的提高相对于田下凝灰岩来说较小，因此，田下凝灰岩的时间依存性低于井口砂岩的时间依存性。
　　5)不同启动点应力值条件下的岩石在不同α值方向的广义应力松弛的等时线演化趋势和单轴压缩条件下岩石的全应力-应变曲线变化趋势相近，且不同时刻的等时线都包含在岩石的全应力-应变曲线之内，广义应力松弛进行时间越长，等时线越偏离单轴压缩全应力-应变曲线。

目录

1 绪 论

1.1 研究目的和意义

1.2 研究进展

1.3 本文主要研究内容和技术路线

2 试验方法

2.1 试验原理

2.2 试验岩样

2.3 试验装置

2.4 试验内容

2.5 本章小结

3 岩石荷载速率依存性研究

3.1 恒定荷载速率试验

3.2 交替荷载速率试验

3.3 岩石荷载速率依存性讨论

3.4 本章小结

4 田下凝灰岩(I类岩石)广义应力松弛特性试验研究

4.1 峰值前50%应力启动点

4.2 峰值前80%应力启动点

4.3 峰值应力启动点

4.4 峰值后50%应力启动点

4.5 本章小结

5 井口砂岩(II类岩石)广义应力松弛特性试验研究

5.1 峰值前50%应力启动点

5.2 峰值前80%应力启动点

5.3 峰值应力启动点

5.4 本章小结

6 岩石广义应力松弛特性讨论

6.1 关于不同应力启动点的岩石广义应力松弛特性讨论

6.2 关于I类岩石和II类岩石的广义应力松弛特性讨论

6.3 本章小结

7 结论和展望

7.1 主要结论

7.2 后续研究工作展望

致谢

参考文献

附录

A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目

C. 作者在学习期间申请的专利