论文摘要
岩石真三轴加卸载条件下力学特性与破坏特征研究对于科学准确地预测和评价地下岩石工程稳定性,防止重大地质灾害事故的发生具有重要的工程意义。本文通过实验室真三轴试验、原位CT扫描试验、理论与数值模拟相结合的研究方法,深入研究了真三轴不同应力演化路径下岩石力学特性与破坏特征,揭示了巷道开挖等地下工程活动造成的岩石内部裂纹扩展演化机理。取得了如下创新性研究成果:（1）利用自行研制的真三轴电液伺服试验系统开展了常规三轴与真三轴加载试验研究,探讨了两种应力条件下岩石变形、强度等力学特性的不同。并利用声发射监测与CT扫描技术清晰的揭示了两种条件下岩石破裂演化规律和空间破裂形态特征的巨大差异。根据试验研究基础,建立了含微裂隙缺陷的岩石三维力学模型,基于Griffith理论分析了两种加载条件下岩石破裂机理的不同。综合说明了常规三轴条件不能真实反映一般应力状态下岩石的力学基本特性与破裂特征,只有真三轴条件能更准确的模拟巷道开挖等实际工程活动造成的岩石真实应力状态下的力学行为与破裂特征。（2）开展了6种真三轴加卸载路径下岩石力学试验研究,探讨了不同应力路径下岩石强度、变形等力学特性的不同。通过岩石宏观破裂特征以及内部裂纹形态与空间分布规律,提出了岩石“中间主应力破裂效应”,结合试验中的岩石破裂特征与巷道开挖中围岩分层破裂等现象充分说明了中间主应力对岩石力学行为、破裂规律的重要作用,揭示了真三轴条件下岩石破裂演化机理。并建立了基于Mogi-Coulomb与Griffth准则的含随机裂隙缺陷的岩石三维数值计算模型,计算分析了真三轴加卸载条件下岩石破裂演化规律,揭示了真实加卸载应力状态下岩石破裂演化机理。（3）自主研制了一套与X射线CT扫描系统配套的真三轴实时加载试验装置。采用了碳纤维反力立柱、同步双压头横向加载系统、碳纤维传递梁等核心部件以及6块碳纤维板错位互扣方式构成真三轴压力室等一系列关键技术,使得X射线能够有效通过装置中预先设计的CT扫描区域。利用该装置进行了常规三轴和真三轴实时加载条件下的岩石原位CT扫描试验,研究了不同三轴应力状态影响下岩石变形破裂全过程中的裂隙扩展演化特征与损伤演化规律,全方位揭示了两种应力条件对岩石破裂过程中裂隙空间形态与几何特征的影响规律。（4）开展了含单条预制裂隙岩石在两种真三轴实时加载应力状态下的原位CT扫描试验,研究了中间主应力和最小主应力分别平行于预制裂纹面两种应力条件下岩石从起裂、扩展到最终裂隙成型这一破裂过程中裂隙空间演化规律,揭示了中间主应力对岩石内部裂纹扩展方向起到的决定性作用,充分说明了“中间主应力破裂效应”对岩石破裂产生的重要作用。该论文有图103幅,表18个,参考文献216篇。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 李兆霖
导师: 王连国
关键词: 岩石,真三轴加卸载,破裂演化规律,破裂机理,中间主应力破裂效应,真三轴原位扫描
来源: 中国矿业大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑
专业: 地质学,建筑科学与工程
单位: 中国矿业大学
基金: 国家重点研发计划子课题 (2017YFC0603004)
分类号: TU45
DOI: 10.27623/d.cnki.gzkyu.2019.000200
总页数: 167
文件大小: 19562K
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标签：岩石论文; 真三轴加卸载论文; 破裂演化规律论文; 破裂机理论文; 中间主应力破裂效应论文; 真三轴原位扫描论文;