隨機載荷下巖石疲勞損傷特性實驗與理論研究.pdf

1、巖石是由多種礦物晶粒、充填物及孔隙缺陷等組成的復雜的非線性材料，其內部含有大量隨機分布的裂紋、節(jié)理、斷層、孔洞、充填物等地質缺陷。裂隙巖石中充填物或是夾雜物的存在，對巖石疲勞損傷和工程穩(wěn)定性產生巨大影響。因此，在巖石力學的理論與實驗研究中，充分考慮裂隙巖石中充填物的影響，能夠更合理地解釋工程實踐中巖石的損傷與破壞現(xiàn)象。 另一方面，巖石在隨機(循環(huán))載荷作用下的力學性能是爆破巖石、維護巖體工程穩(wěn)定性的需要考慮的重要因素之一。例

2、如礦山鑿巖爆破中，爆破沖擊載荷實際上是一種隨時間變化的隨機載荷；橋梁基巖，受過往車輛載荷的循環(huán)動載荷；大壩基巖，受水庫水位周期性漲落引起的循環(huán)動載荷。研究隨機(循環(huán))載荷作用下的裂隙巖石的強度和變形特性，將有助于正確認識巖石的破壞機理和工程的失穩(wěn)規(guī)律，進而科學地進行礦山鑿巖爆破設計，科學地評價巖體的長期穩(wěn)定性。由于工程實踐的需要，以及理論研究的不斷深入，隨機載荷下巖石疲勞損傷特性的實驗與理論研究，成為目前國內外巖石力學工作者和巖土工程界

3、關注的前沿課題之一。 本論文在國家自然科學基金的資助下，針對巖石內部存在的缺陷特點，在試驗基礎上探討了隨機載荷作用下含缺陷巖石疲勞損傷特性和破壞機理。本文的主要工作有以下幾個方面： 1、從巖石隨機加載與循環(huán)加載的累積損傷等效性角度出發(fā)，推導了隨機加載與正弦加載對帶裂紋結構的累積損傷的等效性方程，給出了疲勞損傷等效性的數(shù)值算法，從理論上解決了用循環(huán)(正弦)加載的方法來研究隨機加載的合理性問題，從而實現(xiàn)了用INSTRO

4、N疲勞試驗機就可以進行隨機加載的巖石特性試驗研究； 2、采用水泥砂漿和充填材料模擬含缺陷巖石，分別對含孔洞、充填物缺陷試樣進行了循環(huán)加載下的疲勞試驗，分析了含不同缺陷試樣所對應的破壞特征，并從循環(huán)次數(shù)比較了含不同缺陷試樣的疲勞壽命。從應力一應變曲線和軸向不可逆變形曲線分析了與疲勞損傷相對應的階段性規(guī)律； 3、采用聲發(fā)射技術，實時監(jiān)測了含缺陷巖石疲勞損傷實驗的全過程，并對聲發(fā)射信號進行了時域和頻域特征分析，從而得到含缺

5、陷巖石在疲勞損傷實驗中的聲發(fā)射特征； 4、根據(jù)實驗所觀察到的破壞特征和實驗數(shù)據(jù)分析結果，合理地解釋了含缺陷巖石疲勞損傷破壞機理，分析了影響含缺陷巖石疲勞損傷的主要因素； 5、考慮充填物與巖石基體在彈塑性、熱性上的差異，運用彈性力學方法分別計算了巖石中孔洞、充填物缺陷及巖石基體附近的應力分布和應力集中程度，分析了疲勞裂紋萌生的區(qū)域和擴展方位，并結合ANSYS有限元分析軟件進行數(shù)值模擬，進一步驗證彈性力學方法的正確性，并