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裂隙介质静、动剪切特性试验研究

作　者: 韩信
导　师: 陈蕴生；李宁
学　校: 西安理工大学
专　业: 岩土工程
关键词: 裂隙介质剪切模型试验静动力学性质动变形动强度
分类号: TU459
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

本文针对岩体工程中最常见的非贯通裂隙岩体(而不是完整岩样)及岩体工程中特有的动荷特征,首次对静、动剪切荷载作用下非贯通裂隙试样的剪切破坏模式与剪切变形、剪切强度特性开展了系统的室内模型试验研究。首先系统地综述了国内外在裂隙介质方面的主要工作和研究成果;安装和调试岩石动三轴、剪切多功能试验机中的动力直剪试验装置。通过非贯通裂隙岩体的剪切特性试验,研究了不同裂隙连通率、裂隙排列方式、法向应力条件下同时包含闭合裂隙和岩桥的剪切面的变形和强度特性及其相应的变化规律,初步探讨了裂隙、岩桥变形和破坏机理。其中法向应力直接影响到岩体的抗剪力学特性,而目前的岩石抗剪试验,对法向力的选取没有明确的规定,导致测试结果容易出现因人而异的现象。针对这种情况,对完整和裂隙岩体两种类型介质分别给出直剪试验中法向压力确定的一些建议。利用石膏脆性材料的室内模型试验,对非贯通裂隙岩体的动剪切变形特性和动剪切强度进行了首次初步探索,得到了动载特征、裂隙几何特征对非贯通裂隙岩体的动变形和动强度的一些影响规律。借助于不同频率动循环加载、静载试验对非贯通裂隙岩体破坏模式与破坏机理进行了分析,反映裂隙试样动剪切荷载作用下的破坏特点;研究了外荷载频率及裂隙倾角、裂隙密度对非贯通裂隙岩体动剪切变形与动剪切强度性质的影响,并和无裂隙完整岩体进行了比较分析,对加载方式对非贯通裂隙岩体动剪切变形与动强度性质也进行了一些探讨;对裂隙介质在不同加载频率下的动剪切速率效应进行了研究。

全文目录

中文摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-22
  1.1 研究背景及意义  8-10
  1.2 节理裂隙岩体研究现状  10-15
    1.2.1 节理裂隙岩体的室内试验  10-12
    1.2.2 节理裂隙岩体的试验成果评述  12-15
  1.3 非贯通裂隙岩体剪切破坏模式及破坏机理研究  15-17
    1.3.1 破坏模式的研究  15
    1.3.2 破坏机理的研究  15-16
    1.3.3 理论模型的研究探讨  16-17
  1.4 动载下裂隙岩体力学特性的研究进展  17-21
    1.4.1 加载速率对节理裂隙岩体的力学性质影响  17-19
    1.4.2 动载下结构面力学特性的研究进展  19-20
    1.4.3 动载下非贯通裂隙岩体的研究进展  20-21
  1.5 本文的研究思路与内容  21-22
    1.5.1 本文的研究思路  21
    1.5.2 本文的研究内容  21-22
2 试验系统和试验方案总体设计  22-34
  2.1 试验系统  22-27
    2.1.1 概述  22-23
    2.1.2 TAW-1500D 型岩石三轴、剪切复合试验机  23-27
  2.2 试验方案总体设计  27-32
    2.2.1 模型材料及参数  27-29
    2.2.2 试样、裂隙几何尺寸及特征  29
    2.2.3 试样制备  29-30
    2.2.4 试验方案和加载方式  30-31
    2.2.5 试验操作流程  31-32
  2.3 讨论  32-34
    2.3.1 加载波形  32
    2.3.2 加载速率和应变速率  32-33
    2.3.3 关于本试验所加动载  33
    2.3.4 剪切试验方式和剪切模量的定义  33-34
3 非贯通裂隙介质的剪切特性试验研究  34-47
  3.1 剪切试验设计  34-36
    3.1.1 模型材料选取原则  34
    3.1.2 相似材料  34
    3.1.3 试样制作  34-35
    3.1.4 试验方案及试验方法  35-36
  3.2 裂隙介质试验结果分析  36-42
    3.2.1 试验结果离散性分析  36
    3.2.2 不同裂隙连通率试件的强度、变形特征  36-38
    3.2.3 不同裂隙排列方式下裂隙介质的强度、变形特征  38-39
    3.2.4 不同法向应力下试件的强度、变形特征  39-42
  3.3 剪切破坏过程及破坏形态描述  42-45
    3.3.1 剪切破裂面出现和滑动面扩展形成  42-43
    3.3.2 产生的主要裂纹  43-44
    3.3.3 剪切破裂面剪应力-应变力学特性  44-45
  3.4 非贯通裂隙介质的剪切变形和剪切破坏机理分析  45-46
  3.5 小结  46-47
4 非贯通裂隙介质的动剪切变形和动强度特性  47-68
  4.1 非贯通裂隙岩体的动剪切变形特性研究  47-57
    4.1.1 试验方案与试验步骤  47
    4.1.2 动剪切荷载下非贯通裂隙岩体动变形随动荷频率的变化规律  47-50
    4.1.3 动剪切荷载下非贯通裂隙岩体动变形随动荷幅值的变化规律  50-55
    4.1.4 动剪切荷载下非贯通裂隙岩体动变形随裂隙几何特征的变化规律  55-57
  4.2 非贯通裂隙岩体的动剪切强度特性研究  57-60
    4.2.1 试验方案与试验步骤  57
    4.2.2 动剪切荷载下非贯通裂隙试样的破坏过程  57-58
    4.2.3 非贯通裂隙试样的动应力与动强度  58-59
    4.2.4 动剪切荷载下非贯通裂隙岩体动变形随裂隙几何特征的变化规律  59-60
  4.3 非贯通裂隙岩体的动剪切速率效应研究  60-66
    4.3.1 法向荷载为动载的等变形速率直剪试验  61-62
    4.3.2 加载速率的影响  62-66
  4.4 小结  66-68
5 结论与展望  68-70
  5.1 结论  68
  5.2 展望  68-70
致谢  70-71
参考文献  71-75
附录 A 部分统计表格  75-81
附录 B 攻读硕士学位期间参加的相关工作  81

裂隙介质静、动剪切特性试验研究

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