膨胀岩物理力学试验与蠕变模型构建研究

论文摘要

近年来,地下工程、矿洞以及边坡等工程迅速发展,大量关于膨胀岩的工程问题开始涌现出来。膨胀岩是一种似岩非岩、似土非土的特殊岩石。膨胀岩含有大量的亲水矿物,如蒙脱石、伊利石、高岭石等,这些矿物具有很强的亲水性,导致膨胀岩具有吸水膨胀,失水收缩的特性。正是由于膨胀岩这一特性,给膨胀岩地区的工程带来了许多困扰,给研究者们带来了极大的难题。膨胀岩在我国分布的区域非常广泛,在我国亚热带气候地区都有不同程度的分布。膨胀岩给工程带来的危害性及其分布的广泛性,使膨胀岩的研究刻不容缓。本文采用广西南宁西乡塘地区的膨胀岩。对膨胀岩原状样进行了基本的物理力学试验和膨胀特性试验,如剪切试验、密度试验、含水率试验、自由膨胀率试验、干燥饱和吸水率试验、膨胀力试验。将膨胀岩原状样风干碾碎,制备不同含水率的重塑样,对重塑样进行了直剪试验和侧限压缩试验。为了对膨胀岩展开进一步的研究,以弱膨胀岩、膨润土、石灰、水为膨胀岩相似材料,以自由膨胀率、干燥饱和吸水率、膨胀力、体积膨胀量为膨胀等级判定指标。利用正交试验法设计了16组配比方案,对这16组相似材料进行膨胀特性试验。对试验结果采用极差法和综合平衡分析法进行分析与比较,得出各膨胀性相似材料的最优试验组。基于膨胀岩变形特征,利用9组不同含水率条件下的应力-位移曲线数据对改进后的四种常用生长曲线模型进行了验证,拓宽了改进模型的适用范围。针对亚热带季风气候特点,考虑温度湿度以及温湿循环对膨胀岩蠕变变形的影响。在西原体模型的基础上,引入湿度效应和温度效应,建立了考虑湿度和温度影响的蠕变模型,为膨胀岩蠕变模型的构建提供新的思路,为亚热带地区工程设计的准确计算奠定基础。经过上述试验与模型的改进,结果表明:（1）广西南宁西乡塘地区的膨胀岩呈弱膨胀性。膨胀岩的孔隙比随着含水率的增加逐渐增加,而粘聚力、内摩擦角和压缩模量随着含水率的增加却逐渐减小;膨胀岩的压缩模量随着压力的增加逐渐增加,孔隙比随着压力的增加却逐渐减小。（2）以弱膨胀岩、膨润土、石灰、水作为原材料基本可以满足膨胀岩相似材料的膨胀性质。相似配比材料的自由膨胀率、干燥饱和吸水率以及膨胀力和体膨胀量主要受因素A（岩胶比）的影响,而因素B（胶结物比）和C（含水量）则为次要影响。（3）对相似材料配比试验结果进行综合分析与比较,得出中膨胀性相似材料配比的最优组为第4组,利用综合平衡法对试验结果进行进一步分析,得出强膨胀性相似材料配比的最优组合为A3B3C4,即为试验方案的第11组。（4）发现改进后四种曲线模型的相关系数均有所提高;再次验证了改进后的Weibull模型相关系数最高,改进后的Richards模型相关系数最低。（5）基于西原体模型,通过对蠕变模型的初步推导,构建出了考虑温度、湿度影响的蠕变模型。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 胡颖萍

导师: 何利军

关键词: 膨胀岩,物理力学特性,相似材料,生长曲线模型,蠕变模型

来源: 南昌航空大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 南昌航空大学

分类号: TU45

总页数: 87

文件大小: 2489K

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标签：膨胀岩论文;  物理力学特性论文;  相似材料论文;  生长曲线模型论文;  蠕变模型论文;