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高应力岩石蠕变与细观试验研究

作　者: 翟有经
导　师: 袁海平
学　校: 江西理工大学
专　业: 岩土工程
关键词: 岩石蠕变模型参数 CT扫描裂纹提取三维重建
分类号: TU45
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

正确的评价岩体稳定性，一直被当作岩土力学领域的重要课题，是岩土工程安全建设和运营的基础，岩石的蠕变是众多的影响岩体稳定性的因素中的一个非常重要的因素。本文依托国家自然科学基金项目《高应力条件下岩石流变断裂准则研究》(项目号：51004007)、江西省自然科学基金《岩石蠕变断裂细观力学效应量化研究》（项目号：20114BAB216026），以安徽某铜矿硬质闪长岩为研究对象，通过理论分析和室内实验相结合的方法，在岩石受高应力条件下，对岩石蠕变特性、内部裂纹形态及关键参量提取方法等进行了研究，取得了如下研究成果：（1）采用RLJW-2000微机控制岩石三轴剪切流变试验机，通过分级增量循环加卸载加载的方式对岩样进行了三轴蠕变试验，采集试验数据并对其分析，对蠕变过程中各阶段应变进行了分析，得出了围压相同的情况下，未达到破坏应力前，岩样的蠕变随应力的增加而增大，且逐渐趋于某一定值，应变速率也逐渐减小；达到稳定蠕变所用的时间与偏应力成正比；而且在各级荷载作用的瞬时轴向应变与轴向荷载近似成比例增长，且瞬时应变约占总应变的98%以上。（2）对试验所得蠕变数据和变形规律进行了分析，确定其蠕变规律符合Burgers蠕变模型，以该模型为基础，用拟牛顿法（Quasi-Newton、BFGS）对模型中相应的参数进行了辨识，未选取初值的情况下，成功的得到了蠕变模型各参数。（3）蠕变过程中通过ACTIS300-320/225CT/DR高分辨率工业CT实时成像系统，对裂纹的生成，扩展过程进行了图像记录。针对裂纹量化提取一直是岩石断裂的热点问题，本文采用数学软件Matlab做分析工具，将裂纹以三维空间形态呈现出来，并计算出了裂纹体积。本论文的研究成果为高应力条件下岩石蠕变研究提供了参考，为CT图像研究岩石断裂提供了一种方法，为各种岩体工程设计、失稳预测及稳定性分析提供了一定的理论依据。研究成果为进一步研究岩石蠕变断裂作了一些工作，在采矿工程、地下建筑工程、国防工程等岩体工程领域有一定的应用前景。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-15
  1.1 选题依据和研究意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-13
    1.2.1 岩石蠕变力学试验研究  9-10
    1.2.2 岩石蠕变的本构模型研究  10-11
    1.2.3 岩石裂纹研究  11-13
  1.3 技术路线及研究内容  13-15
第二章高应力岩石蠕变力学试验研究  15-28
  2.1 引言  15
  2.2 岩样制取及特性  15-17
    2.2.1 试验岩样制备  15-16
    2.2.2 岩样特性  16-17
  2.3 岩石蠕变试验的基本原理与方法  17-23
    2.3.1 岩石蠕变基本原理  17-18
    2.3.2 高应力岩石蠕变试验  18-23
  2.4 试验结果及分析  23-27
  2.5 本章小结  27-28
第三章岩石粘弹塑性本构模型确立及参数辨识  28-42
  3.1 引言  28
  3.2 岩石蠕变的模型  28-33
  3.3 粘弹塑性蠕变模型确立  33-35
  3.4 蠕变模型参数辨识  35-41
    3.4.1 拟合的基本原理  35-37
    3.4.2 拟合结果及分析  37-41
  3.5 本章小结  41-42
第四章岩石蠕变细观效应研究  42-60
  4.1 引言  42-43
  4.2 CT 扫描技术介绍  43-46
    4.2.1 CT 扫描设备  43-44
    4.2.2 CT 扫描与成像原理  44-46
  4.3 CT 扫描裂纹图像处理  46-54
    4.3.1 图像处理的基本概念及原理  46-49
    4.3.2 图像处理方法  49-54
  4.4 裂纹量化和空间形态  54-59
  4.5 本章小结  59-60
第五章结论与展望  60-62
  5.1 主要研究成果  60
  5.2 进一步研究展望  60-62
参考文献  62-65
致谢  65-66
个人简历  66

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