单轴拉伸条件下田下凝灰岩力学特性时间效应试验研究

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1、单轴拉伸条件下田下凝灰岩力学特性时间效应试验研究重庆大学硕士学位论文(专业学位)学生姓名：赵开指导教师：彭守建副教授大久保诚介教授兼职导师：李德文研究员学位类别：工程硕士（矿业工程领域）重庆大学资源及环境科学学院二O一五年十一月ExperimentalStudyonTime-DependencyofMechanicalPropertiesonTageTuffunderTensileConditionsAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheP

2、rofessionalDegreeByZhaoKaiSupervisedbyAss.Prof.PengShoujianProf.OkuboSeisukePluralisticSupervisedbyLec.LiDewenSpecialty:ME(MineralEngineeringField)CollegeofResourcesandEnvironmentalScienceofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaNovember,2015中文摘要摘要众所周知，由于岩石变形损伤引发的诸如岩爆、地基开裂、滑坡等工程灾害存在着明显

3、的时效性，即岩土工程灾害并不一定在工程建设过程中或项目建成运行较短时间内发生，而往往会经历不等的时间，故探究岩石力学特性的时间效应对减少和避免相关工程灾害有着十分重要意义。由于当前岩石时间效应的研究主要集中于压缩，拉应力作用下的时间效应研究非常的匮乏，而岩石在许多工程条件下都处于拉应力状态，所以研究岩石拉应力条件下时间效应的工程指导意义尤为突出。本文选用日本的田下凝灰岩作为研究对象，在学习总结前人研究基础上，研发了适用于岩石直接拉伸试验的单轴拉伸试验系统，在传统的应力控制、应变控制基础上实现了应力应变的线性组合—应力归还法控制；进行了恒定荷载率直接拉伸试验、

4、交替荷载速率直接拉伸试验，在应力归还法控制的基础上进行了广义应力松弛试验（应力应变同时改变，但应力应变的线性组合不变），以及蠕变试验、松弛试验；针对田下凝灰岩的直接拉伸试验和广义应力松弛的特性，选取合适的本构模型—可变模量非线性粘弹性本构模型，根据直接拉伸试验和广义应力松弛试验确定本构模型中的参数，最后进行模型计算结果的验证。取得主要结论如下：1)试验研究了直接拉伸条件下恒定荷载试验、交替荷载试验的基本力学参数荷载速率依存性，结果表明：田下凝灰岩恒定荷载速率试验的抗拉强度σt的荷载依存指数为0.0214，杨氏模量E的荷载依存指数为0.0087，破坏应变εt的

5、荷载速率依存指数为0.0129，非弹性应变不具有荷载速率依存性，破坏时的非弹性应变约为0.4×10-3，交替荷载速率试验获得的强度值及荷载速率依存性与恒定荷载试验十分接近，交替荷载试验能较好的替代恒定荷载试验；2)试验研究了不同应力水平的拉伸蠕变试验、不同应变水平的拉伸松弛试验，同一启动点不同方向的广义应力松弛试验的流变特性，得到结果：拉伸蠕变试验的蠕变应变与时间的关系式、蠕变速率与时间的关系式，拉伸松弛试验中应力降与时间的关系式、松弛速率与时间的关系式，分析相同启动点不同方向的的广义应力松弛特性，经历相同的流变时间时，方向角越小，广义应力松弛的应变变化量、

6、应力变化量和非弹性应变变化量均随着方向角的增加而减小，得到了广义应力松弛等时曲线，可以预测不同启动点、不同方向的广义应力松弛试验；3)选取适合田下凝灰岩直接拉伸条件下的本构模型，解析得到本构方程，确定了本构模型中的6个参数a1=1，a2=0.0001，m1=43，m2=20，n1=n2=46，并用该本构模型成功的模拟了直接拉伸作用下田下凝灰岩不同速率的全应力应变试验以及不同应力水平的蠕变试验，计算结果和试验结果一致性较好。I重庆大学硕士学位论文关键词：直接拉伸，时间效应，荷载速率依存性，广义应力松弛，本构模型II英文摘要ABSTRACTAseveryonek

7、nows,Rockburst,foundationcracking,landslideandotherengineeringdisasterscausedbyrockdeformationdamagehaveobvioustimeliness.Inotherwords,thegeotechnicalengineeringdisasterdoesnotnecessarilyoccurintheprocessofengineeringconstructionorduringashorttimeafterprojectcompletionandoperation,

8、butoftenoccursthroughvarie