拉压循环荷载下砂岩的力学及蠕变特性研究

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1、拉压循环荷载下砂岩的力学及蠕变特性研究重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：刘伟指导教师：刘东燕教授兼职导师：陈希昌教授级高工学位类别：工程硕士（建筑与土木工程领域）重庆大学土木工程学院二O一五年五月StudyonthePropertiesaboutMechanicsandCreepingofSandstoneunderCyclicLoadingEnvironmentofTensionandCompressionAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementforthe

2、ProfessionalDegreeByLiuWeiSupervisedbyProf.LiuDongyanPluralisticSupervisedbySeniorEng.ChenXichangSpecialty:ME(ArchitecturalandCivilEngineeringField)CollegeofCivilEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay2015中文摘要摘要在岩体工程中岩石承受的应力环境非常复杂，受到拉伸与压缩反复加卸载作用的情况经常发生，如地下油气注采过程中注采荷载对围岩的作用等。本文

3、以砂岩为例进行拉伸与压缩循环荷载下的疲劳和蠕变试验，研究砂岩在拉压循环荷载作用下的力学特性，揭示砂岩加载-卸荷-卸荷拉伸下的变形规律，并深入探讨砂岩在这种复杂应力路径下的蠕变特性，建立非线性蠕变模型。论文主要研究工作如下：①运用改进的拉压连接装置在INSTRON1342试验机上进行砂岩定应力和增应力拉压循环荷载试验，探讨了砂岩在拉压循环荷载作用下的主要力学特性，如轴向应变、变形模量和能量损伤随应力水平和循环次数的变化规律等。②利用设计开发的杠杆式岩石拉压流变试验仪对砂岩进行定应力和增应力拉压循环蠕变试验，研究砂岩在拉压循环荷载作用下的蠕变特性，如瞬时应变、蠕变变形、蠕变速

4、率和体积蠕变变形与应力水平和循环次数之间的关系等。③基于拉压循环试验结果，得到砂岩拉压循环破坏门槛值的一个范围。根据应力应变曲线，计算变形模量和能量损伤，基于能量耗散分析建立能量损伤与压应力和循环次数之间的关系式，该方程能够很好的描述砂岩能量损伤演化过程。④基于拉压循环蠕变试验结果，分析应力和循环对瞬时应变和蠕变量的影响，研究了增应力蠕变试验的体积蠕变，以及每一级荷载的蠕变速率随时间的变化规律，比较了最后一级荷载下长时蠕变的衰减蠕变、稳态蠕变和加速蠕变三个阶段，以及最终的蠕变破坏特性。⑤根据砂岩增应力拉压循环蠕变试验结果，比较试验曲线与Burgers蠕变模型拟合曲线。基于

5、岩石拉伸加速蠕变试验结果，提出了一个岩石非线性粘弹塑性蠕变模型。采用基于MATLAB程序的quasi-Newton算法（BFGS算法）对砂岩拉伸状态下的蠕变曲线进行了参数的识别。关键词：砂岩，拉压循环，力学特性，蠕变特性，蠕变模型I英文摘要ABSTRACTTherockbearsaverycomplicatedstressenvironmentintheengineeringofrockmass,whichoftenrepeatedlyloadingandunloadingunderthecircumstanceoftensionandcompression.Forexa

6、mple,theinjection-productionloadeffectsonthesurrounding-rockduringtheinjection-productionprocessofundergroundoilandgas.Thepaperteststhefatigueandcreepingofsandstoneatthesituationoftensionandcompression,exploresthemechanicpropertiesofsandstoneunderthecyclicloadingenvironmentoftensionandcom

7、pressionandrevealsthedeformationruleofsandstoneintheconditionofloading-unloading-tensileunloading,moreover,thepaperdiscussesthecreepingpropertiesofsandstonefurtherwhenfacedcomplicatedstresspath,andestablishedanon-linearcreepmodel.Themainresearchworkofpaperasfollows: