不同温度和孔隙水压下砂岩卸荷力学特性试验研究

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随着近年来水利工程和地下交通等建设的不断增加,地下空间的安全开挖及有效利用等问题越来越受到关注。开挖所带来的岩石变形与常规加载相比更为明显,同时,开挖工程周围赋存环境的变化也会影响岩石的形变。目前岩石卸荷的研究相对较少,因此,本文基于前人的卸荷研究成果,考虑在温度和水压(孔隙水压)等赋存环境下开展砂岩的卸荷(恒主应力差卸围压)力学特性试验研究。基于试验研究主要分析了不同赋存环境下砂岩的变形、强度和破坏等特征。同时,推导出了不同温度和水压(孔隙水压)下砂岩卸荷的本构方程。本文主要的研究和结论如下:1)采用RMT-150C岩石力学刚性伺服试验机开展饱和砂岩的单、三轴试验,基于此,开展不同水压(孔隙水压)和卸荷水平的三轴卸荷试验,主要研究了其变形、强度、扩容及破坏等特性,研究结果表明:水压和卸荷水平对峰值应变均有促进作用,即水压和卸荷水平越高,相应的峰值应变越大。水压越高粘聚力c越小,卸荷水平越高粘聚力c越大,水压和卸荷水平对内摩擦角?的影响与之相反。水压和卸荷水平越高,应变(环向和轴向)围压柔量(35)?i越大,说明在水压和卸荷水平作用下应变(环向和轴向)对围压降低的响应更为迅速,也即应变(环向和轴向)对围压降低更为敏感。砂岩卸荷破坏后,大部分岩样呈现出剪切破坏,低围压时,岩样多为张性劈裂破坏,高围压时,岩样多为延性斜剪破坏。2)基于水压(孔隙水压)作用下的试验,利用TOP INDUSTRIE全自动岩石三轴试验机开展不同温度和水压(孔隙水压)下的三轴卸荷试验,主要研究了其变形、强度、扩容等特性,研究结果表明:温度越高,其变形模量、泊松比、峰值应变、粘聚力c和围压降参数?呈现出变小的趋势,而其侧向塑性应变和内摩擦角?随着温度的升高逐渐增加。随着应力比?的增大,其体积应变?v呈现出先增大后减小的趋势。温度越高,体积应变?v越小,这也充分说明了温度越高侧向扩容越明显。3)基于温度-水压(孔隙水压)-应力下砂岩卸荷特性试验,将其应力(?1-?3)应变(?1)曲线简化为三段:非线性弹性段、卸荷屈服段和脆性软化段。非线性弹性段采用改进的Duncan-Chang模型建立相应的本构方程,峰值强度依据Mohr-Coulumb屈服准则。基于脆性软化段为线性变化的假设,建立相应的线性本构方程。将试验曲线与本构方程理论曲相对比,发现两类曲线吻合度相对较好。
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