含裂缝锚固岩体蠕变特性试验研究及理论分析

论文摘要

节理岩体的蠕变特性是当前的研究热点,岩体内部裂缝的复杂状态不仅为明确研究对象和研究手段带来一定困难,而且使得锚固岩体的蠕变力学机制更为复杂,锚固效果不达预期,而蠕变灾害的发生恰恰多源于岩体内部隐性裂缝的产生与扩展,因此,研究含裂缝锚固体的蠕变特性具有重要的现实意义。本文采用室内模型试验、理论分析和数值模拟相结合的方法,对含裂缝、采用粘结式锚杆的锚固体蠕变特性进行系统研究。首先,将裂缝特性量化为数量、断续程度和倾角3种特征变量并进行正交试验设计。其次,开展以裂缝特征变量为因素,锚固体抗压强度和蠕变应变为主要指标的正交试验,并运用统计学手段研究裂缝特征变量对试验指标的影响。然后,开展锚杆拉拔蠕变的数值仿真试验,丰富研究对象的同时进一步验证室内模型试验相关结论。最后,建立裂缝-锚杆-岩石蠕变本构模型并对相关参数进行反演。结果表明:（1）裂缝特性对锚固体抗压强度影响的显著性顺序依次为倾角、数量和断续程度,且无缝锚固体和有缝锚固体抗压强度之间存在以裂缝3特性为参数的线性关系,而对锚固体蠕变效应的不同种类应变而言,裂缝断续程度均起到主要控制作用。（2）从锚固体蠕变变形角度考虑,存在最有利裂缝含量和最不利裂缝倾角,其中,锚杆拉拔条件下的最佳裂缝含量可以通过数值方法得到的“三线交点”法来求得。（3）基于上述结论,将裂缝弹性模量用以裂缝特征变量为参数的二次函数表示,构成的缝-锚-岩耦合蠕变本构模型能较好地描述含裂缝锚固岩体的蠕变过程。（4）提出宏观连续蠕变应变增长的微观不连续能量阶跃理论,从能量角度出发,即蠕变过程是应力势能不断累积,通过应变释放,再累积,再释放的过程,而裂缝可以有效释放应力势能,减缓蠕变应变。研究成果进一步丰富了岩体蠕变领域相关理论,为裂隙锚固岩体蠕变灾害防治提供参考。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 岩石蠕变特性研究现状
•     1.2.2 锚固体力学特性研究现状
•     1.2.3 裂缝岩体力学特性研究现状
•   1.3 本文的研究意义
•   1.4 本文的研究内容及研究方法
•     1.4.1 研究内容
•     1.4.2 研究方法
• 2 含裂缝锚固体的单轴抗压强度特性
•   2.1 引言
•   2.2 正交试验设计
•   2.3 试样制作及加载
•     2.3.1 材料组成
•     2.3.2 试样制作
•     2.3.3 试样加载及破坏形态
•   2.4 试验结果的统计分析
•     2.4.1 极差分析
•     2.4.2 方差分析
•   2.5 抗压强度关系模型
•     2.5.1 赋值求解方程法
•     2.5.2 回归分析法
•   2.6 本章小结
• 3 单轴压缩条件下含裂缝锚固体的蠕变特性
•   3.1 引言
•   3.2 试验设计、试样制作及加载
•   3.3 蠕变试验结果的直观分析
•   3.4 蠕变试验结果的统计分析
•   3.5 基于数字图像相关方法的应变观测分析
•   3.6 本章小结
• 4 锚杆拉拔条件下含裂缝锚固体的蠕变特性
•   4.1 引言
•   4.2 研究目标
•   4.3 模型建立
•     4.3.1 数值模型建立
•     4.3.2 蠕变本构模型选用
•   4.4 计算结果分析
•   4.5 本章小结
• 5 基于岩-锚蠕变模型的改进的缝-锚-岩耦合蠕变本构模型
•   5.1 引言
•   5.2 岩石蠕变基本理论与模型
•   5.3 裂缝-岩石-锚杆耦合体本构模型的建立
•   5.4 裂缝-岩石-锚杆耦合本构模型的试验验证
•   5.5 本章小结
• 6 结论与展望
•   6.1 本文主要结论
•   6.2 本文研究展望
• 参考文献
• 附录：作者攻读硕士学位期间发表的科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 崔力

导师: 胡江春,彭万军

关键词: 裂缝,锚固体,蠕变,本构模型

来源: 中原工学院

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: 中原工学院

分类号: TU45

总页数: 87

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