基于周期荷载作用下岩石疲劳破坏及变形发展规律

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1、上海交通大学硕士学位论文周期荷载作用下岩石疲劳破坏及变形发展规律姓名：蒋宇申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：葛修润2003.2.19上海交通大学硕士学位论文周期荷载作用下岩石疲劳破坏及变形发展规律摘要疲劳破坏问题是许多工程领域关系到使用安全性和经济性的重要问题。在岩体工程领域，周期荷载作用下岩石的疲劳破坏特性与岩体的长期稳定性密切相关。本文利用先进的RMT—150B岩石力学试验系统和Locan320声发射仪，对岩石的疲劳破坏特性进行了较深入的研究。对红砂岩、大理岩和花岗岩三种典型的岩石系统的进行了静态全过程试验和正弦波作用下的

2、等幅疲劳试验。建立了静态全过程曲线对疲劳破坏极限变形的控制规律，进而从变形的角度定义了岩石的疲劳破坏准则。对影响岩石疲劳寿命和破坏进程的因素进行了全面的分析，明确了周期荷载的应力上限和幅值是影响岩石疲劳寿命和破坏进程的主要因素，并从理论的角度对这些因素的影响机理进行了探讨。明确了疲劳破坏过程中，轴向不可逆变形的三阶段发展规律和横向不可逆变形的两阶段发展规律。在此基础上，提出了岩石工作状态的概念，用来表征岩石的疲劳破坏进程和评价岩体的稳定性。提出了三种简单易行的预测岩石工作状态的方法。利用这些方法，可以通过简单-I-上海交通大学硕士学位

3、论文的试验对疲劳破坏的失效变形和极限变形进行预估，也可以通过监测工作岩体的变形速度来预测其疲劳寿命。其中变形速度预测法的准确程度远远大于传统的S—N曲线，具有很好的工程实用价值。从损伤的角度对岩石疲劳破坏的演化过程和疲劳破坏机理进行了分析。改进了复杂的低周疲劳损伤模型，得到了实际可用的损伤模型，从理论的角度预测了岩石的损伤演化进程。利用声发射技术反映岩石疲劳破坏过程中内部损伤的演化信息。从理论上推导了声发射累积计数与损伤变量的关系，并提出了声发射率与应变速率直接相关的观点，可以很好的解释疲劳试验的声发射结果。发现疲劳破坏过程中声发射率

4、的变化也遵循着三阶段的发展规律，且其三阶段的分界点与轴向变形三阶段的分界点一致，因此采用轴向变形作为宏观损伤变量更为合理。关键词：岩石，疲劳，不可逆变形，损伤，声发射-II-上海交通大学硕士学位论文FATIGUEFAILUREANDDEFORMATIONDEVELOPMENTLAWOFROCKUNDERCYCLICLOADABSTRACTFatiguefailureisaveryimportantproblemrelatedtosecurityandeconomyonserviceinmanyfields.Intherealmofro

5、ckmassproject,fatiguefailurecharacteristicsofrockundercyclicloadhaveclosereferencetothelong-termstabilityofrockmass.Inthispaper,studiesonfatiguefailurecharacteristicofrockhavebeenpresentedwithadvancedrockmechanicstestequipmentnamedonRMT-150BandLocan320acousticemissionin

6、strument.Staticcompleteproceduretestsandconstantamplitudefatiguetestsundersinfunctionwavearesystemicallycarriedoutonthreetypicalrocks—sandstone,marbleandgranite.Thelawthatthefatiguefailureterminaldeformationiscontrolledbystaticcompleteprocedurestress-straincurveisestabl

7、ished.Therefore,fatiguefailurecriterionsaredefinedinrespectofdeformation.Factorsthatinfluencefatiguelifeandfatiguefailureprocessarethoroughlyanalyzed.Theresultsshowtheupperlimitstressandamplitudeofcyclicloadarethetwomostimportantfactors.Thentheinfluencemechanismofthemis

8、discussedtheoretically.Itisalsopresentedthatthedevelopmentofaxialirreversibledeformationcanbedividedintothreep