温度周期变化作用下大理岩宏细观力学变形试验研究

摘要

周期温度应力作用使岩石发生灾害是个极为复杂且具有重大经济意义的课题，如何才能做到经济有效地在这类岩石中建设工程并维持其稳定性，一直是困扰着广大岩石力学和工程地质工作者的一个难题。当岩体受到温度应力作用引起损伤，岩石的抗压强度发生显著的变化，严重影响着工程的稳定性。 本文以大理岩为研究对象，通过不同加温温度和加温周期后的大理岩单轴压缩试验，得到了不同周期温度下大理岩全应力—应变曲线、应用断裂力学理论分析岩石试样内部微裂隙的扩展模式；运用岩石力学、损伤力学理论对试验结果进行了分析，建立本构方程；最后通过对试样断口扫描图像的细观研究，分析试样损伤度；得到了以下一些结论： (1)通过对周期温度应力作用后大理岩的单轴压缩试验，得到了大理岩抗压强度、弹性模量和峰值应变等随加温温度和加温周期变化的关系。加温温度越高，加温周期越多，大理岩抗压强度、弹性模量越低；加温温度越高，峰值应变越大。 (2)运用断裂力学理论，分析了在温度应力作用后，岩石试样内部微裂隙的扩展规律。在经历一次加温降温过程时，初始微裂隙会发生扩展，同时由于岩石内部晶体和连接物之间的热膨胀系数不同，会产生新的微裂隙；在多次加同等温度时，岩石内部已经扩展完成的微裂隙不再扩展，但是在此过程中会产生新产生的微裂隙，会扩展，或与原有的微裂隙汇合，加大岩石损伤。 (3)利用弹性模量比商法，定义岩石损伤，认为由于温度应力使岩石试样内部微裂隙大量扩展，单轴抗压的损伤弱化阶段不可忽略，寻找单轴压缩过程中微裂隙正好完全闭合点，在前人基础上建立大理岩在周期温度应力作用后的单轴压缩损伤本构方程。 (4)对试样断口图像进行分析处理，得出断口图像中微裂隙面积以及在整个图片中所占面积比例，验证加温温度和加温次数对岩石损伤特性的影响。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1研究目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

第二章大理岩在高温及循环高温作用后的单轴试验研究

2.1试验简介

2.2大理岩在一次高温作用后的单轴试验结果

2.3大理岩在循环高温作用后的单轴试验结果

2.4试验成果分析

第三章大理岩热损伤断裂分析

3.1变温下岩石的裂隙断裂分析

3.2断裂韧性KIC的定义

3.3变温下岩石裂隙的应力分析

3.4循环温度应力下裂隙变化研究

3.5本章总结

第四章大理岩热损伤本构模型探讨

4.1温度损伤及单轴压缩曲线探讨

4.2大理岩的单轴热损伤本构模型

4.3大理岩的热损伤单轴本构模型拟合

4.4大理岩的循环热损伤单轴本构模型

4.5大理岩的循环热损伤单轴本构模型拟合

4.6本章小结

第五章大理岩热损伤细观研究

5.1电镜扫描试验机的性能与构造

5.2利用数字图像处理技术对岩石断口SEM图像进行处理

5.3图像预处理

5.4图像分割

5.5在获取的裂隙图像上提出裂隙信息

5.6获取的微裂纹结果及比较分析

5.7本章小结

第六章结论与展望

6.1主要结论

6.2展望

参考文献

致谢

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