膏溶角礫巖水損傷特性和機(jī)理的細(xì)觀力學(xué)試驗(yàn)研究.pdf

1、軟巖受水環(huán)境影響，力學(xué)性質(zhì)發(fā)生軟化的機(jī)理問題，一直以來(lái)是水-巖相互作用領(lǐng)域的重要研究課題之一。對(duì)于具有較強(qiáng)水敏感性的軟巖而言，水環(huán)境影響下引起巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)的改變是導(dǎo)致巖石力學(xué)性質(zhì)下降的根本原因。尋求更為合理可靠的研究理論和分析方法，揭示巖石在水環(huán)境下細(xì)觀損傷機(jī)理及其破裂過程，定量描述含水狀態(tài)引起的巖石內(nèi)部細(xì)觀結(jié)構(gòu)的改變，以及斷裂后斷面的幾何形態(tài)，建立起巖石微細(xì)觀結(jié)構(gòu)形態(tài)與其宏觀力學(xué)性能之間的相互響應(yīng)，具有重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。<

2、br>　　 本文以太行山隧道工程施工過程中新發(fā)現(xiàn)的膏溶角礫巖為研究對(duì)象，在進(jìn)行巖石細(xì)觀力學(xué)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用圖像處理技術(shù)和三維模型重建等數(shù)字化手段，同時(shí)引入分形理論，對(duì)不同初始含水率下膏溶角礫巖的細(xì)觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性進(jìn)行了比較系統(tǒng)的量化分析和機(jī)理研究。
　　 主要試驗(yàn)研究工作及獲得的成果如下：
　　 利用新型巖石細(xì)觀力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行了膏溶角礫巖在單軸壓縮荷載作用下，巖石細(xì)觀損傷裂紋擴(kuò)展直至破裂的全程實(shí)時(shí)觀測(cè)試驗(yàn)。得到了

3、巖石在不同初始含水狀態(tài)下的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)糖€，并同時(shí)獲取了巖石初始水損傷微裂紋的萌生、擴(kuò)展、連接、貫通直至宏觀破裂的數(shù)字顯微圖像和全場(chǎng)實(shí)時(shí)影像?？偨Y(jié)了膏溶角礫巖應(yīng)力-應(yīng)變曲線、彈性模量及單軸抗壓強(qiáng)度隨巖石初始含水率變化的規(guī)律，定義了一個(gè)以初始含水率作為參數(shù)的損傷因子。并從巖石細(xì)觀水損傷機(jī)理出發(fā)，將損傷破裂過程分為四個(gè)階段，得到了含水狀態(tài)下巖石損傷發(fā)展演化的初步規(guī)律，并給出了應(yīng)力損傷門檻值。分析了試件的三種不同形式的破壞形態(tài)。
　　

4、 利用掃描電鏡(SEM)對(duì)不同初始含水率狀態(tài)下膏溶角礫巖細(xì)觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀測(cè)試驗(yàn)，得到了大量反映其結(jié)構(gòu)特征的掃描圖像。描述和分析了不同初始含水率下巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)的形態(tài)及產(chǎn)生機(jī)理?；跀?shù)字圖像處理技術(shù)，對(duì)SEM圖像進(jìn)行了二值化分割，并對(duì)孔隙區(qū)域的相關(guān)信息進(jìn)行了識(shí)別和提取，獲得了孔隙的面積、周長(zhǎng)、數(shù)量、孔徑、形狀因子等細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)。然后基于處理后的圖像信息，對(duì)巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，研究了孔隙結(jié)構(gòu)特征隨巖石初始含水率變化的分布規(guī)律。進(jìn)

5、一步引入分形理論，研究了孔隙結(jié)構(gòu)在不同初始含水率下的分布特征，并探討了分形維數(shù)與巖石強(qiáng)度之間的相互關(guān)聯(lián)。
　　 利用新型非接觸式三維激光掃描系統(tǒng)，對(duì)膏溶角礫巖在單軸和三軸壓縮荷載作用下破壞斷面的粗糙形態(tài)進(jìn)行了高精度測(cè)量與數(shù)值化表達(dá)?；诘乩硇畔⑾到y(tǒng)(GIS)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了巖石破壞斷面的三維可視化以及模型重建。然后對(duì)巖石斷面的三維幾何特征參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，得到了各種不同破壞條件下，斷面的幾何特性的變化規(guī)律。并結(jié)合分形理論，建立巖石