浅论冻结条件下岩石力学特性的实验研究

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1、西安科技大学硕士学位论文冻结条件下岩石力学特性的实验研究姓名：李慧军申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：杨更社20090513论文题目：专业：硕士生：指导教师：冻结条件下岩石力学特性的实验研究岩土工程李慧军杨更社摘要(签名)垒墓墨(签名)．兰；：：益§i!印更i随着人工冻结技术在井筒施工过程中的广泛使用，许多冻结工程都遇到了需要穿越深厚富水岩层的问题。但是，我国相关方面的理论研究与实践经验都比较欠缺。开展人工冻结岩石的实验研究、探讨冻结岩石的相关物理力学特性对井筒冻结设计具有重要的指导意义。本文以胡家河煤矿井简冻结工程

2、为背景，对人工冻结岩石进行了实验研究。从胡家河矿井筒冻结现场选取煤岩及砂岩两种具有代表性的岩样，在MTS815实验机上进行不同围压及不同温度条件下的单轴及三轴压缩实验。通过绘制砂岩及煤岩在各个不同温度及围压条件下的全应力应变曲线实验结果，分析了煤岩及砂岩在相同围压不同温度条件下及相同温度不同围压条件下的强度及变形特性，并对两种不同岩样的同一性和差异性进行了比较研究。论文主要工作如下：(1)在变形特性方面，同一围压条件下，随着温度的降低，试样的最大轴向应变值均在变小，说明温度的降低使试样逐渐向脆性转化，而泊松比值虽然有所降低，

3、但是降低的幅度并不大；同一温度条件下，随着围压的增大岩样塑性增强，轴向应变值增大且全应力—应变曲线趋于平缓；基于以上分析推导了含温度因子的冻结岩石本构关系；r2)在强度特性方面，常温下砂岩及煤岩的抗压强度均比较低，但砂岩较煤岩强度略高：同一低温条件下，两者强度(包括极限抗压强度及残余强度)和弹性模量(包括割线模量及切线模量)随围压的升高而提高，并且极限抗压强度与残余强度的差值也在不断减小；同一围压条件，强度及弹性模量随温度降低而提高；对粘聚力c及内摩擦角Q分析表明，C随温度的降低而增大，Q基本不随温度变化而变化，表明随着温度

4、的降低并不影响冻结岩石的摩擦强度，而主要决定了冻结岩石的粘结强度；结合实验分析，推导了含温度因子的强度准则；(3)在破坏特性方面，单轴条件下破坏形式呈多样化的特点，三轴条件下以剪切破坏为主且断面单一，破裂面随温度的降低而越发平滑；另一方面，冻结岩石破坏后会出现扩容现象，扩容量随围压升高而减小。关键词：冻结岩石；力学特性；实验研究研究类型：应用基础国家自然科学基金(40872177)资助项目部分内容SubjectExperimentalStudyonRockMechanicalPropertiesUnderFreezingCo

5、nditionsSpecialty：GeotechnicalEngineeringName：LiHuijunInstructor：YangGengsheABSTRACT(signature)兰!型竺立竺!(Signature啦掣甾9J(eWiththewidelyapplicationofartificialgroundfreezingintheshaftconstruction，manyprojectshavemettheproblemsofboringthroughtherocklayersofdeepthickandw

6、ater-rich．However，therearelesstheoreticalresearchandpracticalexperiencerelativelyinthisaspects．Tocarryoutthetestsoftheartificialfreezingsoftrockandtostudyitsrelativephysical-mechanicalcharacteristicswouldhaveimportantdirectivemeaningsforthedesignofshaftdesignbyfree

7、zingmethod．Inthispaper，withthebackgroundofshaftfreezingprojectinHujiahecoalmine，thetestingresearchandtheoreticalderivationforartificialfreezingrockhavebeenexplored．Twotypicalsoftrocksthatarecoal-rockandsandstonewereobtainedfromengineeringsitesofHujiahe．neuniaxialco

8、mpressiontestsandtriaxialcompressiontestswereconductedonthetwotypesofsoftrockatdifferentfrozentemperatureanddifferentconfiningpressures．Thewholes