渗透水压作用下砂岩卸荷力学特性试验研究

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对于开挖边坡工程,岩体的力学特性主要表现为卸荷,岩体在加载和卸荷力学状态下其力学特性和变形特征具有本质的区别,其与渗流的相互作用也应存在很大的差异,因此,深入开展渗透水压对砂岩卸荷力学特性方面的研究具有重要意义。本文选取三峡库区典型砂岩为研究对象,通过室内试验对其力学特性进行了研究,主要的研究内容如下:  1)在TOP INDUSTRIE多功能岩石三轴测试系统上对完整砂岩进行不同卸荷速率(0.005MPa/s、0.02MPa/s、0.05MPa/s、0.1MPa/s)不同渗透水压(0MPa、0.3MPa、0.6MPa、0.9MPa、1.2MPa)下的三轴卸荷试验。研究了不同卸荷速率下岩石的强度、变形以及破坏特征。结果表明随着卸荷速率的增加,试样的强度、变形模量均不断增大,破坏程度越高。  2)在 TOP INDUSTRIE多功能岩石三轴测试系统上对完整砂岩进行不同围压(5MPa、10MPa、15MPa、20MPa)不同渗透水压(0MPa、0.3MPa、0.6MPa、0.9MPa、1.2MPa)下的三轴卸荷试验。研究不同渗透水压下岩石的强度、变形以及破坏特征。结果表明随着渗透水压的增加,试样的强度、变形模量均不断减小,而破坏程度就越高。  3)在TOP INDUSTRIE多功能岩石三轴测试系统上对完整砂岩进行不同卸荷损伤(0%、20%、30%、40%、70%、80%、90%、100%)砂岩的渗流试验。研究不同卸荷损伤程度砂岩的渗透规律。并对艾万民提出的饱和岩体渗透系数与卸荷量的关系表达式进行修正。结果表明:当卸荷量小于80%时,随着卸荷量的增大,渗透系数增加缓慢,几乎没有变化,当卸荷量在80%~90%之间渗透系数稍微加快,当卸荷量大于90%时,渗透系数快速增大尤其在接近破坏时渗透系数呈几何倍数增大,可以看出在卸荷量大于90%后,砂岩试件内部裂缝已经渐渐扩展,形成了渗流通道,试件渗透系数迅速增加,表明了砂岩试件渗透系数的突变性。得到修正后的曲线与试验曲线吻合度更高。  4)考虑透水压力作用的卸荷损伤砂岩本构模型的推导:根据岩石微元破坏服从Weibull分布理论、广义胡克定律以及渗透水压对砂岩强度变形的损伤演化方程来确定岩样的损伤,然后根据渗透水压及卸荷损伤弱化理论建立考虑透水压力作用的卸荷损伤砂岩本构模型,验证分析表明该模型计算的应力-应变曲线与试验曲线比较吻合,表明所建立的考虑透水压力作用的卸荷损伤砂岩本构模型是合理的。
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