裂隙岩石注漿加固後的疲勞損傷機理研究

《裂隙岩石注漿加固後的疲勞損傷機理研究》是依託鄭州大學，由王志擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：裂隙岩石注漿加固後的疲勞損傷機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王志
• 依託單位：鄭州大學

項目摘要

岩體在周期荷載作用下的力學性能是影響岩體工程長期穩定性的重要因素之一，研究周期荷載作用下岩石的疲勞變形特性及損傷演化規律，有助於正確認識岩體的破壞機理，科學地評價岩體的長期穩定性。本項目以裂隙岩石注漿加固體為研究對象，對注漿加固體的疲勞破壞機理以及損傷演化規律進行基礎科學研究。通過裂隙岩石注漿加固後的靜動態載入實驗，分析注漿加固體的強度與變形規律，揭示裂隙岩石注漿加固後的靜態載入破壞機理。研究疲勞破壞過程中不可逆變形的變化規律，探討疲勞損傷累積量的影響因素以及影響規律，對比靜態破壞機理、原裂隙岩石疲勞破壞機理，揭示注漿加固後的疲勞破壞機理。觀測殘餘塑性變形、剩餘強度和壽命隨循環次數的變化規律，建立循環次數與殘餘塑性應變之間的對應關係，利用殘餘應變差來定義損傷變數，推導損傷演化方程，對承受循環荷載作用的注漿加固岩體進行剩餘壽命預測，為採礦、隧道、邊坡等岩土工程注漿加固提供理論和實驗依據。

結題摘要

注漿加固是地下工程結構事故處理與預防的主要手段，由於岩體工程的隱蔽性以及岩體內部裂隙、孔洞等缺陷分布的隨機性，開展注漿加固後岩體的破壞機理研究，是一個具有挑戰性的研究課題，關於周期荷載下的注漿加固體的力學性能及破壞機理研究尚無系統研究，其疲勞壽命及損傷演化模型尚未建立，本研究基於試驗研究，以注漿加固後的岩石及類岩石材料為研究對象，通過抗彎及抗壓靜態載入和疲勞載入試驗，揭示注漿加固後的破壞機理，並建立相應的疲勞壽命方程和損傷演化模型，本項目研究完成了: (1)探討了樹脂和水泥加固含裂隙紅砂岩、大理岩、類岩石材料的壓縮破壞機理，分析了注漿材料、裂紋類型、裂紋數量岩石類型等因素對應力重分布即開裂模式的影響規律；(2)揭示了樹脂加固含裂隙岩石三點彎破壞機理，研究三種裂隙形式、注漿深度、增韌樹脂對破壞模式的影響規律；(3)考慮應力比對疲勞壽命的影響，建立了壓縮和三點彎疲勞雙對數高頻疲勞壽命方程，結果吻合較好，疲勞壽命存在應力水平的門檻值，當應力水平小於門檻值，不會發生疲勞破壞，當循環比n/Nf達到0.5時，裂隙面橫向應變突然迅速增加達到了門檻值導致開裂，與試驗中觀測到的開裂現象一致。(4)應力水平是影響疲勞力學性能的主要因素，當應力水平較高時，試樣的損傷破壞分為三個階段，即，初始損傷加速階段，裂紋穩定擴展階段和裂紋不穩定加速擴展階段。而當應力水平較低時，損傷破壞退化為二個階段；(5)根據Logistic 模型，提出一種倒S型曲線模擬疲勞損傷演化曲線，實測數據與擬合曲線吻合較好。本項目的資助下，共發表論文9篇，申請專利2項，出國參加國際會議1次並作分組報告，培養碩士研究生2名，另外還有1名在讀碩士研究生。本項目研究成果可為地下及其他岩土工程注漿加固後效果評價提供理論與試驗依據，為岩土工程事故處理及設計方案提供基礎數據，具有重要的科學意義和實用價值。