基于复杂加卸荷岩石破坏机理及应用研究

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1、青岛建筑工程学院硕士学位论文复杂加卸荷岩石破坏机理及应用研究姓名：张黎明申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：王在泉20040601青岛建筑丁程学院工学硕士学位论文摘要本文针对地下工程复杂的开挖加卸荷特点，利用2000kN微机控制电液伺服多功能试验机，采用与地下工程开挖真实路径相一致的试验与模拟方法，进行了岩石加载破坏试验和复杂加卸荷破坏试验，比较了加荷和卸荷不同力学条件下岩石力学性质的变化，为认识与把握开挖加卸荷条件下岩石失稳破裂机理，合理解释以开挖卸荷变化为主的岩体工程提供依据。论文主要进行了以下几个方面的研究工作：(1)分析了国内外岩石复杂加卸荷试

2、验研究的现状，指出了目前试验研究中存在的主要问题。在对加、卸荷条件下岩石破坏进行试验及理论研究基础上，本文综合分析了加、卸荷条件下岩石力学参数、破坏形态、应力一应变关系、强度特征及能量变化方面的异同。结果表明，岩石在卸荷状态下变形破坏较常规三轴加载破坏更为发育，其破坏程度也更为严重一些，并且卸荷破坏失稳时的应力强度比加荷破坏失稳时的应力强度更低；岩样卸荷初始的围压越高，越容易发生破坏；岩样加载破坏是吸收试验机能量的过程，而岩样保持轴向变形不变的卸荷破坏不需要试验机对其做功，试件破坏是通过自身释放能量实现的。(2)基于具体岩石试样应力一应变试验曲线中的大量数据

3、，用BP神经网络分别建立了岩石试样常规三轴加载模型与卸荷模型，模型的模拟值与试验结果基本吻合，为数值模拟中的本构关系更切合岩石材料的变形特征、更加符合工程实际提供了一种可行性方法。(3)在总结各种预测岩爆方法的基础上，对卸荷引起的岩爆灾害发生机理及预测方法进行了研究。研究表明，岩石单轴压缩破坏状态与轻微岩爆现象较为相似，随着围压的增加，卸荷破坏状态逐渐从中等岩爆过渡到强烈以上岩爆；处于三轴应力状态的岩体，某一方向的应力突然降低，造成岩石在较低应力状态下破坏，那么原岩储存的弹性应变能将对外释放，进而可能引起岩爆：在地下工程的施工丌挖过程中，可以通过调整施工速度

4、，控制围岩的位移来减缓或降低岩爆的发生。关键词：地下工程岩石加卸荷BP神经网络岩爆青岛建筑工程学院_T学硕}学位论文AbstractInthelightofthecharacteristicsofundergroundengineeringduringtheexcavation，loadexperimentandcomplicatedload—unloadexperimentarecarriedoutbytheelectro-·hydranlicservo—controlledmachine．Basedontheseexperiments，thediffer

5、enceofmechanicalpropertiesisstudiedunderloadandunloadcondition，whichcouldhelpunderstandfailuremechanismandmakeclearoftherockengineeringunderunloadcondition．ThemainworkdoneiSasfollows：Firstly,bytheinvestigationofthecurrentsituationofcomplicatedload—unloadtestshomeandabroad，themainpr

6、oblemsatpresentarepointedoutinthispaper．Onthebasisoftheexperimentsandtheoreticanalysis，thispaperalsoanalyzesthedifferenceofmechanicalparameters，failuremodels，stress—strainrelationships，strengthfeaturesandthechangingprocessofenergy．Thcstressintensityofunloadfailureislowerthanthatofl

7、oadfailure．Rockfailureistendtotakeplaceathighconfiningpressunderunloadcondition．Thefailureofrockinloadtestisaprocessoftheabsorptionofenergy；however,theunloadfailureismadebyreleasingenergyitself．Secondly，accordingtothecollecteddataofrocksamples，loadandunloadmodelsforrockconstitutive

8、equationsbyusingBPneuralne