含非共面断续预制裂隙砂岩单轴压缩和蠕变特性的试验研究

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1、含非共面断续预制裂隙砂岩单轴压缩和蠕变特性的试验研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：钟助指导教师：黄达教授专业：土木工程学科门类：工学重庆大学土木工程学院二O一五年五月ResearchofuniaxialcompressionandcreepexperimentsofsandstoneincludingnoncoplanarintermittentprefabricatedcracksAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfill

2、mentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringByZhongZhuSupervisedbyProf.HuangDaMajor：CivilEngineeringCollegeofCivilEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay2015中文摘要摘要随着西部大开发、西气东送、南水北调等国家相关战略的实施，许多重大岩体工程项目正以前所未有的速度在全国展开。由于岩体本身赋存有众多例如节理

3、、裂隙、层理等缺陷，致使岩体工程稳定性的问题非常复杂。因此，岩体工程的安全性和长期稳定性成为了工程界和学术界研究的重要科学问题。针对含裂隙等缺陷的岩体的长期稳定性，本文依托导师的国家自然科学基金面上项目（No.41172243）：高残余应力下卸荷破裂硬岩的流变特性及时效扩展机理研究，以完整砂岩和非共面断续预制裂隙砂岩为试验原材料，对其进行单轴压缩试验、恒载蠕变试验、循环荷载蠕变试验，并对试验结果进行分析比较。本文的主要研究内容和成果如下：①基于完整砂岩和非共面断续预制裂隙砂岩的单轴压缩试验，研究了不

4、同裂隙倾角的岩样裂缝扩展状况和岩桥的宏观贯通机制，研究了裂隙倾角对岩样变形和强度特征的影响，探讨了环向应变与轴向应变的关系，考虑了不同裂隙倾角岩样的扩容效应。研究发现，随着裂隙倾角的增大，非共面断续预制裂隙岩体岩桥的贯通模式为张拉贯通→剪切贯通→拉剪贯通，其峰值强度、泊松比、峰值应变呈增大趋势，而弹性模量大小相当，所有岩样中仅完整岩样体积有膨胀，非共面断续预制裂隙岩样从开始加载到破坏的整个过程中体积一直处于压缩状态。②基于完整砂岩和非共面断续预制裂隙砂岩的单轴压缩蠕变试验，获得了完整砂岩和非共面断续

5、预制裂隙砂岩在单轴恒载下的蠕变曲线，分析了轴向和环向蠕变曲线的特征，研究了各岩样蠕变速率曲线的特点，探讨了裂隙倾角对裂隙砂岩体的蠕变和蠕变速率的影响，获得了衰减蠕变速率与时间的关系，并分析裂隙倾角及荷载对各参数的影响。研究表明，对于完整岩样，随着轴向应力水平的增大，轴向瞬时应变量、轴向蠕变稳定时间、轴向稳态蠕变速率、环向瞬时应变量、环向蠕变量、环向蠕变稳定时间以及环向稳态蠕变速率随之增大，而轴向蠕变变形量随之减少。对于非共面断续预制裂隙岩体，裂隙倾角越大，岩体的瞬时轴向应变量、总的轴向蠕变量和瞬时环

6、向应变量越大，而总的环向蠕变量越小。在蠕n变速率衰减阶段蠕变速率与时间可以拟合成一个幂函数的形式：At，在蠕1变荷载相同时，常数A和n随裂隙倾角的增大而增大；在裂隙倾角相同的情况下，常数A随着荷载的增大而减小，常数n随着荷载的增大而增大。③基于完整砂岩和非共面断续预制裂隙砂岩的单轴循环荷载蠕变试验，得到了完整砂岩和非共面断续预制裂隙砂岩在单轴循环荷载下的蠕变曲线、应力-应变滞回曲线，分析了各曲线的特性，研究了各岩样不可逆变形与周期数之间的关系，I重庆大学硕士学位论文探讨了完整砂岩循环蠕变的能量

7、机理，比较了恒载蠕变与循环荷载蠕变的联系。研究表明，循环荷载下完整砂岩的轴向应力-应变曲线总体上表现出较密→疏→密的形态，35°裂隙岩体的轴向应力-应变滞回曲线随着周期数的增加越来越密集，滞回环面积越来越小，重合程度越来越高。35°裂隙岩体岩样循环荷载下的蠕变量较上、下限应力水平下的恒载蠕变均小，笔者猜测长周期循环荷载和短周期的循环荷载对岩样的作用效应有差异，二者之间可能存在一个临界周期，低于临界周期，循环荷载作用对岩样造成疲劳损伤，高于临界周期，岩体在循环荷载长期作用效应较在相近应力水平的长期恒载

8、作用有利。关键词：完整砂岩，非共面断续预制裂隙砂岩，单轴压缩，蠕变，循环荷载II英文摘要ABSTRACTWithwestdevelopment,thewest-to-eastgasdiversionprojectandthesouth-to-northwaterdiversionprojectcarriedout,nationalmajorinfrastructureconstructionisatanunprecedentedrateinChina,andmosto