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温度—围压作用下岩石力学特性研究

作　者: 梁源
导　师: 张慧梅
学　校: 西安科技大学
专　业: 工程力学
关键词: 岩石力学损伤变量冻融循环围压热力耦合
分类号: TU45
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着大量寒区工程的进行，为保证寒区工程的安全性，深入研究冻结岩石的力学性质显得越来越重要。本文以寒区岩体工程为背景，针对冻融循环条件下的受荷岩石，应用岩石损伤力学理论，研究冻融受荷岩石损伤力学特性，并通过数值计算，对低温环境下岩石试样压缩过程进行分析。基于损伤力学基本理论，利用推广后的应变等价原理，引入岩石冻融受荷损伤变量，在考虑冻融循环和围压的情况下，建立岩石冻融受荷损伤演化方程，推导出模型参数的表达式，进而得到冻融和围压影响下岩石冻融受荷损伤本构关系。利用常温下岩石三轴压缩实验数据和冻融条件下岩石单轴压缩实验数据，分别对岩石冻融受荷损伤本构模型进行验证，并对模型参数进行讨论，证明了模型的合理性。利用有限元方法，对不同围压和不同温度状况下的岩石试样压缩过程进行数值模拟，分析围压和温度对岩石力学性质的影响。分别在不考虑冻胀和考虑冻胀的情况下，分析低温环境岩石试样单轴受力状态下瞬态热力耦合特性，研究热力耦合作用下的岩石受力特性，并通过对比讨论冻胀对低温岩体力学性质的影响。结果表明，围压和低温均能提高岩石的承载能力，冻胀对低温岩石应力分布有显著影响。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
1 绪论  7-14
  1.1 选题背景及研究意义  7
  1.2 国内外研究现状  7-13
    1.2.1 冻土力学的研究  8-9
    1.2.2 冻结岩石力学的研究  9-13
  1.3 本文研究的主要内容  13-14
2 冻融岩石损伤力学特性及本构模型  14-23
  2.1 损伤力学基本理论  14-15
  2.2 损伤变量  15-16
  2.3 冻融受荷岩石损伤本构关系  16-18
  2.4 冻融受荷总损伤演化方程  18-22
    2.4.1 岩石材料非均匀性的描述  18
    2.4.2 损伤演化方程  18-22
  2.5 小结  22-23
3 岩石冻融受荷损伤本构模型的验证及分析  23-32
  3.1 常温下岩石受荷损伤本构模型验证  23-27
  3.2 冻融循环条件下受荷岩石损伤本构模型验证  27-30
  3.3 模型参数的物理意义  30-31
  3.4 小结  31-32
4 常温下岩石压缩过程数值模拟  32-40
  4.1 模型参数  32-33
  4.2 常温下单轴压缩实验数值模拟  33-35
  4.3 常温下三轴压缩实验数值模拟  35-38
  4.4 常温下单轴压缩破坏分析  38-39
  4.5 小结  39-40
5 低温下岩石压缩过程数值模拟  40-55
  5.1 低温下单轴压缩模拟  40-41
  5.2 低温下三轴压缩模拟  41-42
  5.3 低温下内部存在温差的岩石单轴压缩模拟  42-54
    5.3.1 不考虑冻胀的低温岩石单轴压缩瞬态热力耦合分析  42-48
    5.3.2 考虑冻胀的低温岩石单轴压缩瞬态热力耦合分析  48-54
  5.4 小结  54-55
6 结论  55-57
  6.1 结论  55-56
  6.2 展望  56-57
致谢  57-58
参考文献  58-62
附录  62

温度—围压作用下岩石力学特性研究

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