拉压循环荷载下砂岩的力学及蠕变特性研究-建筑与土木工程专业论文.docxVIP

中文摘要 中文摘要 重庆大学硕士学位论 重庆大学硕士学位论文 I I 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 INSTRON 1342 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 II 英文摘要 英文摘要 重庆大学硕士学位论 重庆大学硕士学位论文 III III IV IV ABSTRACT The rock bears a very complicated stress environment in the engineering of rock mass, which often repeatedly loading and unloading under the circumstance of tension and compression. For example, the injection-production load effects on the surrounding-rock during the injection-production process of underground oil and gas. The paper tests the fatigue and creeping of sandstone at the situation of tension and compression, explores the mechanic properties of sandstone under the cyclic loading environment of tension and compression and reveals the deformation rule of sandstone in the condition of loading-unloading-tensile unloading, moreover, the paper discusses the creeping properties of sandstone further when faced complicated stress path, and established a non-linear creep model. The main research work of paper as follows: ①The paper studies the sandstone about its stress and increasing stress under cyclic loading environment of tension and compression though the INSTRON 1342 that is an improved pressure-connection device, which debates the main mechanical properties of sandstone under cyclic loa