寒区裂隙岩石损伤破坏规律试验及数值模拟研究初探

摘要

西部寒区裂隙岩石损伤破坏机理研究是目前寒区岩石力学领域的基础性研究课题之一。本文利用RMT-150B岩石力学试验系统和岩土损伤力学CT专用试验系列设备对红砂岩试样以及含有预制裂纹的红砂岩试样的损伤扩展特性进行了初步的宏细观试验研究，重点分析了含有预制的裂纹红砂岩试样的细观损伤破坏特性，运用分岔与混沌理论对红砂岩试样的细观试验结果进行了初步分析，考虑温度场—应力场耦合作用，采用弹塑性有限元法研究了结构面、施工方法对寒区隧道围岩稳定性影响的初步规律。主要工作有： (1)对负温及常温下含有预制裂纹的红砂岩在单轴压缩、三轴压缩、疲劳等荷载作用下的损伤破坏机理进行了宏细观试验研究。结果表明，预制裂纹的存在降低了岩石强度，控制着岩石的破坏进程，是导致岩石破坏主裂纹产生的主要原因，含有单一裂纹岩石试样的疲劳破坏过程受到应力应变全过程曲线控制，裂隙岩石具有疲劳破坏门槛值。 (2)运用分岔与混沌理论，对CT细观试验结果进行了分析。结果表明，裂隙岩石细观破坏过程的CT数变化可以用Logistic方程来描述，具有分岔与混沌特征。 (3)以青藏铁路风火山隧道为例，完成了寒区隧道围岩温度场应力场耦合变形规律的有限元分析。结果表明，分步开挖施工方法能够显著减小寒区隧道开挖建设过程中的应力集中现象，提高施工过程的安全系数，结构面的存在使围岩应力集中现象更加显著，变形量明显增加，是导致工程灾害不可忽略的因素之一。采用人工回冻的施工方法，能够有效提高裂隙围岩的强度，降低衬砌承受的围岩压力，有助于隧道的安全施工和运营。 (4)根据得到的寒区裂隙岩石损伤破坏初步规律，建议了寒区隧道合理的施工方法及冻害防治措施。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：资助

西安科技大学学位论文独创性说明及知识产权声明书

第1章绪论

1.1问题的提出

1.2国内外研究现状

1.3本文研究的目的、思路和主要内容

第2章试验设备

2.1冻土工程国家重点实验室的CT机

2.2 RMT-150B岩石力学试验系统

2.3岩土力学CT专用加载系列设备

第3章裂隙岩石损伤破坏宏细观试验

3.1试验概况

3.2宏观试验

3.3 X-射线CT检测原理

3.4常温下裂隙岩石细观损伤破坏机理CT检测

3.5负温度下裂隙岩石细观损伤破坏机理CT检测

3.6单裂隙红砂岩单轴疲劳损伤演化CT检测

3.7小结与讨论

第4章裂隙岩石损伤破坏CT试验的分岔与混沌分析初探

4.1分岔与混沌理论概述

4.2基于分岔与混沌理论的CT细观试验结果分析

4.3小结与讨论

第5章寒区隧道围岩开挖支护稳定性有限元分析

5.1寒区隧道围岩稳定性有限元分析基本理论

5.2考虑温度场与应力场耦合的隧道围岩稳定性有限元分析

5.3风火山隧道围岩稳定性有限元评价

5.4冻害防治建议

5.5小结与讨论

第6章结论与展望

6.1结论

6.2需要进一步研究的问题

参考文献

硕士期间完成的成果

致谢