浅谈渗透性THM耦合作用下高黎贡山隧道软质岩力学特性试验科技

论文导读：过试验结果对千枚岩在THM耦合作用下的破坏机理进行了浅析，认为千枚岩的破坏是在温度和水压的共同损伤作用下而发生的耦合破坏。运用数值策略对千枚岩在水-力-热环境下的峰值强度进行拟合浅析，得到了THM作用下岩石峰值强度随温度、水压增大而降低的方程，并提出了运用倡议。关键词：千枚岩论文THM论文耦合
摘要：深部岩体处于高温、高压、渗流等环境场之中，其力学特性不仅与岩石本身的矿物成分和微结构有关，而且与其所处的环境有关，只考虑单一物理场下的岩石力学特性已不能用来判别深部隧道岩体的力学行为。深埋隧道中部分在浅部环境不发生显著塑性变形的较硬岩石会转化为工程软岩，加上原来就有着的地质软岩，使得地下工程变得极不稳定。常规三轴压缩试验一直是认识岩石在复杂环境(如高水压、高地应力、高地温)下力学性质的主要手段，由此，本论文利用美国生产的MTS815Teststar型程控伺服刚性试验机，开展水-力-热耦合作用下千枚岩的常规三轴压缩试验。在此基础上，浅析不同温度、水压和不同围压下千枚岩的各项力学参数，并对其变形破坏特点和耦合破坏机制进行探讨，获得的主要成果如下：（1）通过千枚岩的物理成份测试表明，高黎贡山隧道千枚岩所含矿物主要为黑云母，且含部分伊利石等膨胀性矿物；通过自由膨胀率测试可知，高黎贡山隧道千枚岩自由膨胀率较低，属于非膨胀软岩。（2）热-力耦合作用下的三轴压缩试验探讨结果表明：在20℃~120℃之间，千枚岩三轴峰值抗压强度随温度升高而降低，40℃为一转折点，以20℃~40℃千枚岩峰值强度大幅降低，而在40℃之后随着温度的升高强度变化幅度不大；温度的有着提升了千枚岩的抗变形能力，使其弹性模量增大；高温三轴压缩试验条件下，试样均以剪切破坏为主。（3）水-力-热耦合作用下，千枚岩三轴峰值抗压强度随温度、水压升高均有所降低。在20℃~80℃之间，千枚岩三轴峰值抗压强度随温度升高而降低，40℃为一转折点，以20℃~40℃千枚岩峰值强度大幅降低，而在40℃之后随着温度的升高强度变化幅度不大，略有增加；在4MPa~10MPa水压之间，随着水压的增大，强度呈线性降低走势。孔隙水压力的有着降低了岩石的抗变形能力，应力-应变曲线在屈服点后会有较长的塑性变形阶段，体现出显著的扩容性质。高温渗透三轴压缩试验条件下，试样均以剪切破坏为主。（4）通过岩石断口电镜扫描浅析千枚岩的微观破裂机制并发现：在热-力耦合作用下,样品的断口形貌以切晶断裂为主，出现的花样以台阶状花样为主，其断裂面呈现出棱角分明的不规则断裂形态，岩石以压剪切破坏为主；在水-力-热耦合作用下，试样断口的典型形貌主要为沿晶断裂、解理断裂，出现的花样以蜂窝状花样、台阶状花样为主，扫描照片中岩屑很少见，说明其微观断裂机制为张剪性破坏。（5）在高温三轴渗透试验中，对千枚岩在变形破坏历程中进行渗透性测试，得到了在全应力-应变历程中的渗透率变化曲线，获得了岩石在破坏历程中渗透率的变化规律。（6）通过试验结果对千枚岩在THM耦合作用下的破坏机理进行了浅析，认为千枚岩的破坏是在温度和水压的共同损伤作用下而发生的耦合破坏。运用数值策略对千枚岩在水-力-热环境下的峰值强度进行拟合浅析，得到了THM作用下岩石峰值强度随温度、水压增大而降低的方程，并提出了运用倡议。关键词：千枚岩论文THM论文耦合论文三轴试验论文力学特性论文渗透性论文破坏机理论文
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Abstract6-11
第1章 前言11-21

1.1 探讨作用及选题依据11-13

1.1 探讨作用11

1.2 选题依据11-13

1.2 国内外探讨近况13-19

1.2.1 THM耦合作用下岩石试验探讨13-15

1.2.2 THM耦合机理探讨15-18

1.2.3 目前探讨有着的不足18-19

1.3 主要探讨内容、探讨思路及技术路线19-21

1.3.1 探讨思路19

1.3.2 探讨内容19-20

1.3.3 技术路线20-21

第2章 千枚岩物理力学性质试验21-40

2.1 试验安排21

2.2 软岩物理性质测试及结果浅析21-24

2.1 粘土矿物成份测试21-23

2.2 膨胀性试验23-24

2.3 高温三轴压缩试验24-26

2.3.1 试样制备24

2.3.2 试验原理24

2.3.3 试验设备及策略24-26

2.4 高温渗透三轴压缩试验26-28

2.4.1 试验原理26-27

2.4.2 试样制备27

2.4.3 试验设备及策略27-28

2.5 SEM论文导读：对岩石力学特性的影响机理53-543.4.2孔隙水压力对千枚岩变形特性的影响543.4.3孔隙水对千枚岩峰值强度的影响54-553.4.4孔隙水对千枚岩破坏特性的影响553.5本章小结55-56第4章THM耦合作用下千枚岩的渗透特性56-654.1千枚岩变形破坏历程中渗透率演化规律56-574.2不同应力阶段轴向应变-渗透率曲线57-604.3不同应力阶段
扫描电镜试验28-30

2.5.1 试验原理28-29

2.5.2 试样制备29

2.5.3 试验设备及策略29-30

2.6 试验成果30-39

2.6.1 参数计算公式30-31

2.6.2 参数计算结果31-34

2.6.3 试样破坏图34-35

2.6.4 SEM电镜扫描照片及描述35-39

2.7 本章小结39-40

第3章 温度和水压对千枚岩力学特性的影响探讨40-56

3.1 热-力耦合作用下千枚岩力学特点40-45

3.

1.1 变形特点40-43

3.

1.2 强度特点43-44

3.

1.3 破坏特点44-45

3.2 水-力-热耦合作用下千枚岩力学特点45-51
3.

2.1 变形特点45-49

3.

2.2 强度特点49-50

3.

2.3 破坏特点50-51

3.3 温度对岩石力学特性的影响浅析51-53

3.1 温度对岩石力学特性的影响机理51-52

3.2 温度对千枚岩变形特性的影响52

3.3 温度对千枚岩强度的影响52-53

3.4 温度对千枚岩的破坏特性的影响53

3.4 孔隙水压力对岩石力学特性的影响浅析53-55

3.4.1 孔隙水对岩石力学特性的影响机理53-54

3.4.2 孔隙水压力对千枚岩变形特性的影响54

3.4.3 孔隙水对千枚岩峰值强度的影响54-55

3.4.4 孔隙水对千枚岩破坏特性的影响55

3.5 本章小结55-56

第4章 THM耦合作用下千枚岩的渗透特性56-65

4.1 千枚岩变形破坏历程中渗透率演化规律56-57

4.2 不同应力阶段轴向应变-渗透率曲线57-60

4.3 不同应力阶段横向应变-渗透率曲线60-63

4.4 温度和水压对千枚岩初始渗透率的影响63-64

4.5 本章小结64-65

第5章 THM耦合作用下千枚岩破坏机理探讨65-74

5.1 热-力耦合作用下千枚岩的破坏机理浅析65-67

5.2 水-力耦合作用下千枚岩破坏机理浅析67-68

5.3 THM耦合作用下千枚岩破坏机理浅析68-69

5.4 千枚岩的峰值强度方程69-73

5.

4.1 建立峰值强度拟合方程式69-70

5.

4.2 求解方程式70-72

5.

4.3 验证拟合方程式72-73

5.5 本章小结73-74
结论与展望74-75
致谢75-76
参考文献76-80
攻读学位期间取得学术成果80