辉绿岩裂隙注浆体力学特性试验研究

论文摘要

自然界中的岩体受长期复杂地质构造应力作用,岩体中均发育着不同程度的裂隙、节理、断层等不连续结构面,显著地降低了岩体的强度和稳定性,并且在隧道或边坡开挖过程中岩体极易发生破裂失稳、掌子面坍塌和滞后破裂。因此,为了准确分析裂隙几何形态对岩体力学特性的削弱作用,本文以辉绿岩及其裂隙注浆体为研究对象,针对裂隙倾角、裂隙贯通程度和裂隙条数三种裂隙几何变量,围绕当前两相“岩块-浆体”介质本构关系的不足,开展了辉绿岩及其裂隙注浆体的单轴、常规三轴压缩试验和裂隙岩样室内注浆试验,对辉绿岩及其裂隙注浆体力学特性、裂隙几何形态敏感性分析和一维条件下辉绿岩裂隙注浆体压缩变形方程进行了一系列研究。主要得出以下结论:（1）辉绿岩的峰值强度、残余强度、峰值应变、残余应变、弹性模量、变形模量和泊松比整体上均呈现出随围压的增大而增大的趋势。其中:峰值强度、残余强度、峰值应变和残余应变均表现出显著的线性增长关系,均可以用一次函数形式拟合;弹性模量、变形模量和泊松比均表现出较明显的非线性增长关系,均可以用幂函数形式进行拟合,随着围压的增大趋于一个稳定值;（2）针对标准裂隙岩样的特点,创新性地设计了裂隙岩样室内简易注浆模具,具有简单轻巧、加工方便、操作灵活易控和注浆效果较好等特点;（3）辉绿岩裂隙注浆体的弹性模量、变形模量和峰值强度均随着裂隙贯通程度增大（0%～100%）、裂隙倾角增大（30°～45°）和裂隙条数增加（1-3条）而显著的降低。其中:裂隙倾角为30°和45°时,弹性模量和变形模量随着裂隙贯通程度增大而呈现线性减小规律,而当裂隙倾角为60°时,弹性模量和变形模量随着裂隙贯通程度增大而呈现指数减小规律;全贯通条件下峰值强度符合指数降低规律,而半贯通条件下峰值强度符合线性降低规律;随着裂隙条数的增加,弹性模量和变形模量均符合幂函数减小规律,峰值强度符合线性减小规律;（4）利用塑性位势理论计算出应力脆性跌落系数,建立满足完整岩块的应力-应变关系分段式方程,经过与试验数据验证拟合效果较好,同时发现应力跌落系数与围压呈显著正线性相关性,其值越小、脆性越强;根据受力分析、几何关系及相关裂隙面压缩闭合公式,建立辉绿岩裂隙注浆体剪切滑移及压缩闭合本构方程,并分析了不足之处;通过串联变形元件力学模型原理、试验中裂隙注浆体实际变形规律及相关学者研究的成果建立了适用于一维条件下全贯通辉绿岩裂隙注浆体的本构方程。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
•   1.1 选题背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 完整岩石力学特性研究现状
•     1.2.2 裂隙岩体力学特性研究现状
•   1.3 研究中存在的主要问题及局限性
•   1.4 论文研究内容与技术路线
•     1.4.1 研究内容
•     1.4.2 技术路线
• 2 辉绿岩完整试样力学特性的试验研究
•   2.1 概述
•   2.2 试验设备及方案
•     2.2.1 岩样制取
•     2.2.2 试验设备介绍
•     2.2.3 单轴及常规三轴压缩方案
•   2.3 辉绿岩力学特性的单轴及常规三轴压缩试验研究
•     2.3.1 单轴及常规三轴压缩试验数据分析
•     2.3.2 辉绿岩变形特征分析
•     2.3.3 辉绿岩强度特征分析
•     2.3.4 辉绿岩破坏特征分析
•   2.4 本章小结
• 3 辉绿岩裂隙注浆体力学特性的试验研究
•   3.1 概述
•   3.2 裂隙岩样预制及注浆加固
•     3.2.1 裂隙几何形态设计
•     3.2.2 裂隙岩样注浆模具设计及应用
•   3.3 辉绿岩裂隙注浆体单轴及常规三轴压缩试验过程
•     3.3.1 辉绿岩裂隙注浆体试样准备
•     3.3.2 单轴及常规三轴压缩试验操作
•   3.4 辉绿岩裂隙注浆体力学特性敏感性分析
•     3.4.1 裂隙倾角对辉绿岩裂隙注浆体力学特性的影响
•     3.4.2 裂隙贯通程度对辉绿岩裂隙注浆体力学特性的影响
•     3.4.3 裂隙条数对辉绿岩裂隙注浆体力学特性的影响
•   3.5 辉绿岩裂隙注浆体破坏特征分析
•     3.5.1 全贯通条件下辉绿岩裂隙注浆体破坏模式
•     3.5.2 半贯通条件下辉绿岩裂隙注浆体破坏模式
•   3.6 本章小结
• 4 辉绿岩裂隙注浆体应力-应变关系研究
•   4.1 概述
•   4.2 辉绿岩裂隙注浆体应力-应变关系分析
•     4.2.1 不同裂隙倾角裂隙注浆体应力-应变曲线
•     4.2.2 不同贯通程度裂隙注浆体应力-应变曲线
•     4.2.3 不同裂隙条数裂隙注浆体应力-应变曲线
•   4.3 基于岩块和裂隙面组合变形的裂隙注浆体本构方程
•     4.3.1 辉绿岩裂隙注浆体组合元件
•     4.3.2 完整岩块本构方程
•     4.3.3 裂隙注浆固结块剪切滑移及压缩闭合本构方程
•     4.3.4 全贯通辉绿岩裂隙注浆体压缩变形本构方程
•   4.4 本章小结
• 5 结论与展望
•   5.1 主要结论
•   5.2 主要创新点
•   5.3 展望
• 参考文献
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 沈君

导师: 刘保国

关键词: 裂隙岩体,注浆固结,三轴压缩试验,力学特性,本构模型

来源: 北京交通大学

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: 北京交通大学

分类号: TU45

DOI: 10.26944/d.cnki.gbfju.2019.001382

总页数: 121

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