【摘 要】
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在岩石地下工程中,尤其是隧道或地下井巷等工程开挖时其地下岩石周围的应力场将发生变化,岩石原有受力情况被破坏,同时伴随着新应力场的形成。随着开挖工程的不断进行,周围岩石将长期处于旧平衡状态被打破至新平衡状态被形成的周期中。另外,普遍认为地下项目安全性的关键在于对岩石材料力学响应的研究,其中岩石损伤本构演变关系是必不可少的一环。因此,本研究针对砂岩力学损伤和化学-力学耦合损伤状态,根据Weibull数
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在岩石地下工程中,尤其是隧道或地下井巷等工程开挖时其地下岩石周围的应力场将发生变化,岩石原有受力情况被破坏,同时伴随着新应力场的形成。随着开挖工程的不断进行,周围岩石将长期处于旧平衡状态被打破至新平衡状态被形成的周期中。另外,普遍认为地下项目安全性的关键在于对岩石材料力学响应的研究,其中岩石损伤本构演变关系是必不可少的一环。因此,本研究针对砂岩力学损伤和化学-力学耦合损伤状态,根据Weibull数学分散公式和统一准则体系,确立了考虑试件周期加-卸载情形下的砂岩损伤演变关系。此外,研究还进行了岩石损伤本构因子分析、岩石微元强度分析和岩石弹性模量分析等过程,并通过拟合对比各类试验数据,结果显示拟合情况较好。通过公式推导求出各参数的函数表达式,引入控制变量法对各损伤本构参数进行对比分析,得出各参数实际物理意义。根据参变量以及试验阈值,确立了修正后的新的砂岩损伤演变关系。最后,根据参变量和能量法,进一步明确了不同方向下损伤变量的演化规律及特性。研究进行不同等级周期加-卸载、单轴加载、饱水周期加-卸载和化学-力学耦合周期加-卸载四种试验,同时,为降低数据分析量并保证试验的可行性,选取典型试验曲线并对第1次、13次、25次加-卸载数据进行拟合分析,结果表明:(1)研究建立的周期加-卸载状态下的砂岩损伤本构关系与力学损伤和化学-力学耦合损伤试验数据的拟合程度较好,且校正参数较高,表明该本构关系满足砂岩损坏的力学响应,具有较高的可行性与合理性。(2)研究采取控制变量法对不同参数进行分析,确定出参数实际意义,即参数F0可以展现出岩石试件宏观状态下的强度特点,参数m则能够展现出岩石试件微观下的强度分布特点。(3)根据Weibull参量以及试验阈值,确立了修正后的新的砂岩试件损伤演化关系,该修正关系理论上将更满足实际情况。(4)根据Weibull参量和能量法,探讨了试件损伤的变化情况,得出各加-卸载等级损伤因子与应力、应变关系图像及拟合表达式,这将有利于岩石试件损伤本构演变关系的更好发展。图[26]表[4]参[56]
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