富水炭质板岩蠕变力学特性试验研究

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1、密级：公开中图分类号：TU458硕士学位论文富水炭质板岩蠕变力学特性试验研究研究生：罗鹏导师：陈秋南教授学科：土木工程研究方向：岩土工程2018年6月AThesisSubmittedfortheDegreeofMasterExperimentalStudyonCreepMechanicalPropertiesofWaterRichCarbonaceousSlateCandidate：LUOPengSupervisorandRank：Prof.ChenQiu-nan富水炭质板岩蠕变力学特性试验研究学位类型学术型学位作者姓名

2、罗鹏作者学号15010202024学科（专业学位类别)土木工程研究方向（专业领域)岩土工程导师姓名及职称陈秋南教授实践导师姓名及职称陈秋南教授所在学院土木工程学院论文提交日期2018年6月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学

3、位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要板岩是由泥质岩石经较浅的区域变质作用而形成，由于复杂的应力历史，微观上表现为，板岩的矿物组分及组织结构发生复杂变化，宏观上表现为，存在流动扭曲褶皱、流劈理、片理等极为明显的不均匀性和各向异

4、性。随着我国西部高海拔地区隧道工程的发展，炭质板岩是深埋隧道施工中常见的岩体，伴随着高地应力、围岩软弱破碎、地下水赋存等众多因素，深部富水炭质板岩蠕变效应成了此类地区隧道施工的难点，国内外学者对炭质板岩的蠕变做了许多研究，得到了许多有价值的研究成果，但因隧道围岩环境的千差万别，深部富水炭质板岩的蠕变力学特性仍值得研究和探讨。本文在前人的研究基础上，在富水炭质板岩隧道初期支护出现大变形的里程段采集试样，通过电镜扫描、X衍射、瞬时力学试验及单轴分级加卸载蠕变试验，研究了其组成成分、微观结构、瞬时力学特性及蠕变力学特性。（1）

5、深部富水炭质板岩主要由石英（SiO2）、白云母(KAl2[AlSi3O10](OH)2)、钠长石(Na[AlSi3O8])及少量石墨（C）组成，白云母单晶体之间有沉积物风化作用收缩形成的微观孔隙，水的润滑作用、水楔作用及潜蚀作用导致矿物结构遭到破坏，微孔隙与裂隙增大，使得岩石宏观上表现为单轴压缩瞬时强度、弹性模量显著降低，泊松比、峰值应变略有增大。（2）由于富水，深部炭质板岩的蠕变量及蠕变速率增大，尤其对瞬时塑性应变、黏弹性应变的增大效果明显，同时，从等应变速率曲线凹陷应变轴可以看出，水的损伤劣化作用使得岩石蠕变呈现非线

6、性变形发展，显著的减小了岩石长期强度，由于岩石各向异性特点，以上现象在轴向方面较侧向方面更明显。（3）随着应力水平的增大，由于矿物微孔隙与裂隙的闭合，深部富水炭质板岩抵抗变形能力逐渐增大，瞬时变形模量总体呈现逐渐增大趋势，蠕变变形及速率增大，且存在蠕变应力阈值σk，当应力达到σk时，蠕变出现减速蠕变、稳定蠕变阶段，同时，侧向蠕变应力阈值小于轴向蠕变应力阈值。（4）通过试件测定含水率，结合试验结论，建立考虑含水率与瞬时塑性应变的改进西原模型，采用Origin软件自定义函数，对试验数据进行拟合，确定了模型的参数，并且拟合程度

7、较好，能够合理的描述含水率对蠕变变形的规律。关键词：炭质板岩；蠕变；扫描电子显微镜；本构模型；参数辨识iAbstractSlateisformedbytheshallowregionalmetamorphismofargillaceousrocks.Becauseofthecomplexstresshistory,themineralcompositionandstructureoftheslatehavecomplicatedchangesonmicrocosmic,andinmacroscopicview,there

8、areobviousinhomogeneityandanisotropyofflowtwistingfolds,flowcleavageandcleavage.WiththedevelopmentoftunnelengineeringinthehighaltitudeareaofWesternChina,carbon