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文檔簡介
1、軟巖受水環(huán)境影響,力學性質發(fā)生軟化的機理問題,一直以來是水-巖相互作用領域的重要研究課題之一。對于具有較強水敏感性的軟巖而言,水環(huán)境影響下引起巖石細觀結構的改變是導致巖石力學性質下降的根本原因。尋求更為合理可靠的研究理論和分析方法,揭示巖石在水環(huán)境下細觀損傷機理及其破裂過程,定量描述含水狀態(tài)引起的巖石內(nèi)部細觀結構的改變,以及斷裂后斷面的幾何形態(tài),建立起巖石微細觀結構形態(tài)與其宏觀力學性能之間的相互響應,具有重要的理論意義和工程實用價值。<
2、br> 本文以太行山隧道工程施工過程中新發(fā)現(xiàn)的膏溶角礫巖為研究對象,在進行巖石細觀力學試驗的基礎上,運用圖像處理技術和三維模型重建等數(shù)字化手段,同時引入分形理論,對不同初始含水率下膏溶角礫巖的細觀結構和力學特性進行了比較系統(tǒng)的量化分析和機理研究。
主要試驗研究工作及獲得的成果如下:
利用新型巖石細觀力學試驗系統(tǒng),進行了膏溶角礫巖在單軸壓縮荷載作用下,巖石細觀損傷裂紋擴展直至破裂的全程實時觀測試驗。得到了
3、巖石在不同初始含水狀態(tài)下的應力-應變?nèi)糖€,并同時獲取了巖石初始水損傷微裂紋的萌生、擴展、連接、貫通直至宏觀破裂的數(shù)字顯微圖像和全場實時影像??偨Y了膏溶角礫巖應力-應變曲線、彈性模量及單軸抗壓強度隨巖石初始含水率變化的規(guī)律,定義了一個以初始含水率作為參數(shù)的損傷因子。并從巖石細觀水損傷機理出發(fā),將損傷破裂過程分為四個階段,得到了含水狀態(tài)下巖石損傷發(fā)展演化的初步規(guī)律,并給出了應力損傷門檻值。分析了試件的三種不同形式的破壞形態(tài)。
4、 利用掃描電鏡(SEM)對不同初始含水率狀態(tài)下膏溶角礫巖細觀結構進行了觀測試驗,得到了大量反映其結構特征的掃描圖像。描述和分析了不同初始含水率下巖石細觀結構的形態(tài)及產(chǎn)生機理?;跀?shù)字圖像處理技術,對SEM圖像進行了二值化分割,并對孔隙區(qū)域的相關信息進行了識別和提取,獲得了孔隙的面積、周長、數(shù)量、孔徑、形狀因子等細觀結構參數(shù)。然后基于處理后的圖像信息,對巖石細觀結構參數(shù)進行了統(tǒng)計分析,研究了孔隙結構特征隨巖石初始含水率變化的分布規(guī)律。進
5、一步引入分形理論,研究了孔隙結構在不同初始含水率下的分布特征,并探討了分形維數(shù)與巖石強度之間的相互關聯(lián)。
利用新型非接觸式三維激光掃描系統(tǒng),對膏溶角礫巖在單軸和三軸壓縮荷載作用下破壞斷面的粗糙形態(tài)進行了高精度測量與數(shù)值化表達。基于地理信息系統(tǒng)(GIS)技術,實現(xiàn)了巖石破壞斷面的三維可視化以及模型重建。然后對巖石斷面的三維幾何特征參數(shù)進行了統(tǒng)計分析,得到了各種不同破壞條件下,斷面的幾何特性的變化規(guī)律。并結合分形理論,建立巖石
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