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温度作用下岩石的热力耦合效应理论研究是岩石力学研究中的新领域。在高放射性核废料的地层深埋处置、大都市圈的大深度地下空间开发利用、深部采矿、地热资源和石油资源的开发利用等工程中经常遇到的受高温作用的岩体。当岩体受到温度影响时,岩体受到温度应力作用引起损伤,岩体的抗压强度和变形特征将发生显著的变化,直接关系着工程的稳定性。本文以取自锦屏水电站的大理岩为研究对象,通过不同加温温度后的大理岩单轴压缩试验,得到了不同温度下大理岩全应力一应变曲线。运用岩石力学、损伤力学理论对试验结果进行了分析,建立了热损伤演化方程和一维热力耦合损伤本构方程。探讨了岩石热—粘弹塑性流变模型。
本文研究的主要工作如下:
(1)通过不同加温温度后的大理岩单轴压缩试验,得到了不同温度下大理岩全应力—应变曲线,了解了大理岩抗压强度、弹性模量和峰值应变等随加温温度变化的关系。加温温度越高,大理岩抗压强度、弹性模量越低、峰值应变越大。
(2)从大理岩弹性模量随温度的变化规律入手,提出了热损伤的概念,在此基础上导出了热损伤演化方程和一维热力耦合损伤本构方程,并讨论了损伤能量释放率随温度的演化规律。
(3)在单轴应力状态下,考虑温度的影响,用弹性元件、粘性元件和塑性元件的组合来模拟岩石复杂的流变行为,建立了岩石的热—粘弹塑性流变模型。推导了岩石的热—粘弹塑性本构方程、蠕变方程以及卸载方程等,并对其变化规律以及实用性进行了讨论。