酸性環(huán)境干濕交替作用下泥質(zhì)砂巖宏細(xì)觀損傷特性研究.pdf

1、存在于巖體中的水對(duì)巖體具有力學(xué)的、物理的和化學(xué)的各方面作用,水-巖之間的相互作用問(wèn)題是邊坡、危巖、壩基、文物保護(hù)等眾多與水相關(guān)的巖石工程的最基礎(chǔ)性研究課題之一,具有十分重要的科學(xué)意義。隨著我國(guó)對(duì)水利水電資源的大力開(kāi)發(fā),水庫(kù)蓄建,庫(kù)區(qū)地質(zhì)環(huán)境和水文條件將會(huì)發(fā)生前所未有的改變。庫(kù)岸邊坡巖土體在干濕循環(huán)及酸性環(huán)境作用下發(fā)生強(qiáng)度劣化,當(dāng)劣化發(fā)展到一定程度的時(shí)候就可能會(huì)引起岸坡失穩(wěn)。針對(duì)上述問(wèn)題,本文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上,依托教育部高等學(xué)校

2、博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)科研基金項(xiàng)目―干濕循環(huán)作用下巖石劣化宏細(xì)觀損傷機(jī)理研究專(zhuān)題開(kāi)展研究。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、砰_(kāi)展了不同干濕循環(huán)次數(shù)及酸性溶液侵蝕條件下泥質(zhì)砂巖的吸水性試驗(yàn)、單軸及三軸壓縮試驗(yàn)、抗拉試驗(yàn),分析了干濕循環(huán)及酸溶液浸泡作用對(duì)泥質(zhì)砂巖微細(xì)觀結(jié)構(gòu)的影響效應(yīng),探討了泥質(zhì)砂巖的水-巖損傷機(jī)理。在此基礎(chǔ)上,分析了干濕循環(huán)及酸溶液作用對(duì)泥質(zhì)砂巖單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量、黏聚力與內(nèi)摩擦角的影響規(guī)律,同時(shí)通過(guò)引入干濕循環(huán)作用巖石參數(shù)劣化

3、函數(shù),定量表達(dá)了泥質(zhì)砂巖力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)隨酸性及中性環(huán)境干濕循環(huán)次數(shù)損傷的變化規(guī)律。
　?、圃谠囼?yàn)研究的基礎(chǔ)上,根據(jù)彈塑性力學(xué)的相關(guān)理論,建立考慮巖石應(yīng)變軟化的線彈性-Duncan雙曲線-塑性軟化-殘余理想塑性四段式模型,并分段建立本構(gòu)方程。運(yùn)用連續(xù)損傷力學(xué)和統(tǒng)計(jì)理論,Weibull分布的前提下,建立了分別基于M-C、D-P及 H-B強(qiáng)度準(zhǔn)則作為巖石材料微元強(qiáng)度度量的泥質(zhì)砂巖損傷統(tǒng)計(jì)本構(gòu)模型,與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,吻合效果較好。

4、　　⑶根據(jù)干濕循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果,假設(shè)巖石微元強(qiáng)度是服從Weibull分布的,利用連續(xù)損傷理論、統(tǒng)計(jì)方法和Lemaitre應(yīng)變等效假說(shuō),基于D-P強(qiáng)度準(zhǔn)則和虎克定律,分別建立了酸性及中性環(huán)境條件下干濕循環(huán)過(guò)程下的巖石損傷統(tǒng)計(jì)本構(gòu)模型。結(jié)果表明:計(jì)算得到的理論曲線與試驗(yàn)結(jié)果情況吻合較好。
　?、韧ㄟ^(guò)電鏡掃描以及能譜分析對(duì)巖石微觀形貌、礦物成分等進(jìn)行研究,分析了酸性及中性環(huán)境干濕循環(huán)作用對(duì)泥質(zhì)砂巖的力學(xué)特性影響機(jī)理,結(jié)果表明在水物理化學(xué)溶液

5、干濕循環(huán)作用下,泥質(zhì)砂巖的礦物成分及微觀的形貌結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變。通過(guò)引入顆粒流數(shù)值模擬軟件,對(duì)泥質(zhì)砂巖的微細(xì)觀破壞進(jìn)行模擬分析。探討了酸性環(huán)境干濕循環(huán)作用下的泥質(zhì)砂巖細(xì)觀參數(shù)變化規(guī)律,分析了細(xì)觀參數(shù)與干濕循環(huán)次數(shù)的關(guān)系,并定義了干濕循環(huán)細(xì)觀參數(shù)劣化表達(dá)式,用于定量描述干濕循環(huán)作用對(duì)泥質(zhì)砂巖細(xì)觀參數(shù)的影響程度。
　?、赏ㄟ^(guò)細(xì)觀模型的計(jì)算分析表明,峰值應(yīng)力狀態(tài)下同圍壓下的顆粒接觸網(wǎng)絡(luò)與顆粒力鏈的分布形態(tài)相似,但力鏈的粗細(xì)及分布有差異,顆