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岩石冻融损伤特性及寒区岩质边坡稳定性研究

作　者: 许玉娟
导　师: 周科平
学　校: 中南大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 冻融循环核磁共振冻融损伤损伤分析寒区边坡稳定性指标体系
分类号: TU45
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 25次
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内容摘要

中国永久冻土带、冰川带、稳定性积雪带、季节性冻土带占全国总面积43.5%,这些地区储存着大量的自然资源,在对这些地区进行开发和建设过程将会不可避免的遇到冻融循环的影响。冻融现象是威胁寒区岩土工程稳定性、安全性和耐久性的隐形杀手,由其导致的一次灾害、次生灾害将会造成巨大的经济损失,因此研究寒区岩体损伤劣化机理及寒区岩体工程稳定性具有重要的实践意义。本论文开展了冻融循环实验,借助先进的核磁共振技术(NMR)检测冻融循环后岩石的损伤特征,并结合损伤力学原理分析了冻融岩石的损伤劣化机理；对寒区边坡冻融灾害及其机制进行分类总结,提出了建立考虑冻融作用影响的寒区边坡稳定性评价指标体系,,主要研究内容如下：(1)在分析目前对寒区岩石物理性质及寒区岩体工程研究现状的基础上,介绍了核磁共振技术在岩石力学领域的应用及意义,并对冻岩问题的研究提出建议。(2)以黑龙江某矿山花岗岩为岩样,开展了0-100次冻融循环实验,得到了冻融循环后岩样物理性质的变化情况；利用NMR技术得到了岩样的T2(横向弛豫时间)谱图和横截面成像,从细观的角度分析了岩样的冻融损伤特性；最后进行单轴抗压实验观察冻融后岩石的力学性质变化。(3)利用损伤力学相关原理分析了花岗岩的冻融损伤机理,得到了冻融后岩样孔隙度、单轴抗压强度、弹性模量、循环次数之间的关系,提出了基于核磁共振孔隙度的岩样有效应力关系表达式,得到了花岗岩冻融受荷损伤模型。(4)对寒区边坡失稳类型、失稳机理及其影响因素进行了探讨,认为在进行边坡稳定性计算时应该考虑冻融因素的影响,对寒区边坡失稳进行事故树分析,并提出了建立考虑冻融因素的寒区边坡稳定性评价指标体系。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 研究目的和意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-15
    1.2.1 冻融岩石劣化机理  11-13
    1.2.2 岩石冻融损伤研究  13-14
    1.2.3 寒区岩体工程的多场耦合理论  14-15
    1.2.4 寒区边坡冻融灾害类型及机理研究  15
  1.3 研究内容  15-16
  1.4 技术路线  16-17
第二章核磁共振机制及在岩土工程中的应用  17-28
  2.1 引言  17
  2.2 核磁共振基础  17-20
    2.2.1 NMR原理简介  17-19
    2.2.2 NMR成像原理  19-20
  2.3 岩芯核磁共振简介  20-24
    2.3.1 孔隙流体的NMR弛豫机制  20-22
    2.3.2 NMR孔隙度模型(MPHI)  22-23
    2.3.3 NMR渗透率模型  23-24
  2.4 核磁共振在岩土工程领域的应用  24-27
    2.4.1 NMR在土体物理力学性质研究中的应用  24-25
    2.4.2 NMR在岩石物理力学性质研究中的应用  25-26
    2.4.3 NMR在滑坡研究中的应用  26-27
  2.5 小结  27-28
第三章岩石冻融损伤实验研究  28-49
  3.1 引言  28
  3.2 实验方案  28-32
    3.2.1 实验仪器及岩样的备置  28-31
    3.2.2 实验步骤及方法概述  31-32
  3.3 实验结果分析  32-48
    3.3.1 花岗岩冻融试验结果分析  32-34
    3.3.2 核磁共振T_2谱结果分析  34-40
    3.3.3 核磁共振孔隙度结果分析  40-44
    3.3.4 单轴抗压试验结果分析  44-48
  3.4 本章小结  48-49
第四章岩石冻融损伤力学模型改进  49-62
  4.1 引言  49
  4.2 岩石力学基础  49-57
    4.2.1 损伤变量  49-51
    4.2.2 损伤力学基本假定  51-54
    4.2.3 脆性材料损伤理论  54-57
  4.3 基于NMR孔隙度的花岗岩冻融损伤分析  57-60
    4.3.1 基于NMR孔隙度的有效应力分析  57-58
    4.3.2 考虑力学性质的冻融受荷损伤模型  58-60
  4.4 小结  60-62
第五章寒区边坡冻融失稳分析  62-81
  5.1 引言  62
  5.2 寒区边坡冻融失稳主要影响因素  62-64
    5.2.1 内部因素  62-63
    5.2.2 外部因素  63-64
  5.3 寒区边坡冻融灾害分类  64-71
    5.3.1 失稳类型  64-66
    5.3.2 寒区边坡冻融破坏事故树分析  66-71
  5.4 冻融边坡稳定性评价指标体系的建立  71-80
    5.4.1 常用边坡稳定性计算方法  71-76
    5.4.2 考虑冻融因素的安全系数  76-78
    5.4.3 边坡冻融灾害评价指标体系  78-80
  5.5 小结  80-81
第六章结论与展望  81-83
  6.1 结论  81-82
  6.2 主要创新点  82
  6.3 展望  82-83
参考文献  83-90
致谢  90-91
攻读学位期间主要的研究成果  91

岩石冻融损伤特性及寒区岩质边坡稳定性研究

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