兰州红砂岩遇水强度损伤及能量耗散机制研究

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岩石,作为一种复杂的地质结构,内部随机分布着大量的细微观缺陷,是固态矿物或者多种矿物的混合物,在各种建造工程中被大量使用。红砂岩作为一种易崩解性岩石,遇水后的工程特性较差。兰州地铁修筑于红砂岩层中,由于地下水埋深较浅,加之红砂岩均为强风化砂岩。在地铁施工过程中,强风化砂岩大量遇水崩解,工程性质减弱,承载力降低,部分甚至完全丧失承载力,导致施工缓慢,工期较长。为了研究红砂岩遇水性质软化的特性,本文以兰州地铁施工现场取样的红砂岩作为研究对象,以不同含水率红砂岩在变形破坏过程中的强度损伤和能量耗散为主要研究点。采用工程试验和理论分析相结合的方式,深入研究红砂岩在遇水情况下强度损伤和能量耗散规律。所取得的主要结论如下:(1)制作不同含水率试样进行单轴压缩试验,得到全过程应力-应变曲线,得出随着含水率的增加,红砂岩试样的峰值强度逐渐降低,峰值应变逐渐增加,弹性模量降低。不同含水率红砂岩受压过程中,水对各个阶段的影响不同。(2)根据弹性模量和岩石含水率之间的关系,推导了不同含水状态的红砂岩损伤本构模型,并与实际曲线进行对比验证。理论结果与试验结果吻合基本良好。(3)从能量层面进一步分析遇水后红砂岩变形破坏过程的能量耗散规律。计算分析应力-应变过程中各种能量的变化和变化率情况,并基于能量分析,研究红砂岩的耗散能随时间的变化规律。同时引入能量损伤变量,讨论分析了遇水红砂岩的能量损伤规律,并建立强度和能量损伤变量之间的关系。本文研究了红砂岩在遇水情况下的强度损伤和能量耗散规律,研究结论对于分析红砂岩遇水性质劣化及兰州地铁地基稳定性的深入研究具有一定的参考价值。
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