浅谈南京红砂岩细观损伤演化特性及其本构模型试验研究

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1、河海大学硕士学位论文南京红砂岩细观损伤演化特性及其本构模型试验研究姓名：张勇申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：朱珍德20050301摘要膨胀岩的工程灾害是个极为复杂且具有重大经济意义的课题，如何才能做到经济有效地在这类岩石中建设工程并维持其稳定性，一直是困扰着广大岩石力学和工程地质工作者的一个难题。当膨胀岩体受到扰动，特别是含水率发生变化时，膨胀岩常发生显著的物理化学反应，严重影响着工程的稳定性。本文以红山窑水利枢纽膨胀红砂岩地基处理为工程背景，通过不同含水率下的红砂岩RMT刚性伺服单轴压缩试验和光学细观单轴压缩试验，得到了不同含水率下红砂岩全应力一应变曲线、宏观破坏形式、细观结构

2、演化图像；运用岩石力学、损伤力学和断裂力学理论对试验结果进行了分析，得到了以下一些结论：(1)通过对红砂岩RMT单轴压缩试验，分析了红砂岩抗压强度、弹性模量和峰值变形等随含水率变化的关系；通过对红砂岩细观单轴压缩试验，依据Geo—image程序对红砂岩细观结构图片量化处理信息，着重分析在不同含水率下红砂岩微裂纹损伤演化与宏观力学响应之间的规律。(2)运用细观损伤力学理论，定义了孔隙面积比为损伤变量，推导了峰值应变前的损伤本构方程，并且详细地阐述了红砂岩损伤演化的四个阶段：损伤弱化阶段、弹性阶段、非线性强化阶段、峰后软化阶段。从宏观损伤力学理论出发，依据红砂岩全应力一应变曲线，分析了红砂岩应

3、变软化特性的内在原因，在前人的基础上推导了峰值应变后的红砂岩损伤本构方程。(3)通过与RMT试验结果、其他损伤本构模型的比较分析，验证了该本构模型对红砂岩的拟合是正确的、合理的；并应用于工程实际，为新红山窑水利枢纽工程地基处理的设计、施工、运行提供可靠的指导意义，同时也丰富和发展了损伤力学理论的研究。关键词：膨胀岩损伤力学损伤演化损伤变量本构模型ABSTRACTEngineeringdisasterofswellingrockisasubjectofextremecomplicationandmomentouslyeconomicimplications．Howtoconstructpro

4、jectsandsustainitsstabilityeconomicallyandeffectivelyinsuchrockisalwaysaproblempuzzlingmanyexpertsinrockmechanicsandengineeringgeology．Onceswellingrockmassisdisturbedespeciallywatercontentchanging，anevidentlyphysicalandchemicalreactionisoccurredinswellingrock，whichseriouslyinfluencesthestabilityof

5、engineering．TakingdisposalofswellingredsandstonegroundsillofHongShanYaohydrojunctionasprojectgroundinthispaper,thewholestress—straincurves，macroscopicfailureshapes，picturesofmeso—structuredevelopmentofredsandstoneareachievedthoughuniaxialcompressiontestsofRMTandmeso—structureofredsandstoneindiffer

6、entwatercontent．Byapplyingthetheoryofrockmechanics、damageandfracturemechanics，experimentalresultsareanalyzedandsomeconclusionsaresummarizedasthefollowing：(1)ThoughuniaxialcompressiontestsofRMT,therelationsofwatercontentandcompressionstrength，elasticmodule，peakstrainofredsandstoneareanalyzed．Though

7、uniaxialcompressiontestsofmeso．structure，ther；lationsofmacroscopicmechanicsresponsesandmicro—crackdamagedevelopmentofredsandstoneareimportantlyanalyzedbymeansofGeo—imageprogramme，(2)Fromthetheoryofmeso-damage，cra