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干湿循环作用下砂损伤演化及本构模型研究

一、内容综述

《干湿循环作用下砂损伤演化及本构模型研究》主要对干湿循环作用下砂岩的宏细观损伤演化机制进行了深入探讨,并构建了相应的本构模型。文章结合工程实际,模拟了砂岩在库区水位反复升降等自然条件下的干湿循环过程,通过实验室“烘干饱水烘干”对砂岩的累积劣化机理进行了系统研究。

文章首先基于Hertz接触理论,研究了“无损微损”综合筛选法预测岩石强度的理论机制,建立了岩石抗压强度与密度、纵波波速、回弹值的多元回归模型,提高了预测精度。通过对不同含水率砂岩“无损微损”检测参数的尺度效应方程的分析,揭示了砂岩宏观参数与细观参数之间的相互影响关系。

文章选取不同尺寸的砂岩试样,进行不同次数的干湿循环作用,并测量了其在不同循环周期下的含水率和渗透率,深入分析了饱和吸水率和初始渗透率与循环次数的关系。实验结果表明,干湿循环作用对砂岩的物理性质产生了显著影响。

为了进一步揭示砂岩在干湿循环作用下的损伤演化规律,文章对砂岩试样进行了全断面CT扫描试验,并利用Matlab软件对CT图像进行了处理和分析。通过伪彩色增强处理、边缘检测和分形特征分析,获取了砂岩在不同循环次数下的未受损骨架面积比、初始缺陷面积比和CT图像的分形维数等关键信息。随着循环次数的增加,砂岩的损伤变量呈非线性累积趋势,且不同尺寸的砂岩累积系数存在差异。

在构建本构模型方面,文章借鉴了损伤理论和破坏准则,建立了能够反映砂岩在干湿循环作用下损伤演化的三维损伤本构模型。该模型考虑了砂岩的物理性质变化、细观结构损伤以及应力应变关系等因素,能够较为准确地描述砂岩在干湿循环作用下的力学行为。

文章还对深部围岩的力学特性进行了简要介绍,指出卸载过程中围岩的应力场和变形参数会发生显著变化,这一研究对于理解砂岩在复杂应力环境下的损伤演化机制具有重要意义。

《干湿循环作用下砂损伤演化及本构模型研究》一文通过系统的实验研究和理论分析,深入探讨了砂岩在干湿循环作用下的损伤演化规律,并建立了相应的本构模型,为工程实践中砂岩的稳定性评价和防灾减灾措施提供了理论依据。

1.砂岩在工程领域的重要性

砂岩作为一种广泛分布的自然岩石,因其独特的物理力学性质及工程应用特性,在土木工程、水利水电、交通建设等众多领域扮演着举足轻重的角色。特别是在地质工程、隧道工程、边坡工程以及地下空间开发等方面,砂岩的力学行为和损伤演化规律对于工程结构的安全性、稳定性和耐久性具有深远的影响。

砂岩作为地壳的主要组成部分,其力学特性直接关系到地质构造的稳定性。在地震、山体滑坡等自然灾害频发的地区,对砂岩力学性质的研究有助于准确评估地质风险,为防灾减灾提供科学依据。

在隧道工程、边坡工程等土木建设项目中,砂岩是常见的围岩或边坡材料。对其在干湿循环等复杂环境条件下的损伤演化规律进行深入研究,有助于预测工程结构的长期稳定性,优化设计方案,提高工程质量。

随着地下空间开发需求的日益增长,砂岩地层中的地下工程结构越来越多。对砂岩在干湿循环作用下的损伤演化及本构模型进行研究,有助于更准确地模拟地下工程结构的受力状态和变形行为,为工程设计和施工提供有力支持。

砂岩在工程领域的重要性不言而喻。对其在干湿循环作用下的损伤演化及本构模型进行深入研究,不仅有助于推动岩土工程学科的发展,还能为实际工程的安全、稳定和持久运行提供重要的理论支撑和实践指导。

2.干湿循环作用对砂岩性能的影响

在《干湿循环作用下砂损伤演化及本构模型研究》关于“干湿循环作用对砂岩性能的影响”的段落内容,可以如此展开:

干湿循环作用对砂岩性能的影响显著而深远。作为一种常见的自然环境现象,干湿循环不仅涉及到水分的反复浸润与蒸发,更涉及到由此引发的物理、化学和力学作用的综合效应。这些效应在砂岩中表现为宏观力学性能的劣化、微观结构的损伤以及整体稳定性的降低。

从宏观力学性能的角度来看,干湿循环作用会导致砂岩的单轴抗压强度、抗拉强度以及弹性模量等关键指标发生显著变化。随着循环次数的增加,这些指标通常呈现出逐渐降低的趋势。这是因为水分在砂岩中的反复浸润和蒸发过程中,会导致砂岩内部颗粒间的粘结力减弱,孔隙结构发生变化,进而影响到其整体的力学性能。

在微观结构方面,干湿循环作用对砂岩的损伤同样不容忽视。通过显微观测和CT扫描等手段,可以观察到砂岩在干湿循环过程中微观结构的动态变化。这些变化包括颗粒间的相对位置调整、孔隙的扩张与收缩、微裂纹的产生与扩展等。这些微观结构的变化不仅会影响到砂岩的力学性能,还会对其耐久性和稳定性产生长远影响。

干湿循环作用还会对砂岩的本构关系产生影响。本构关系描述的是材料在受力过程中的应力应变关系。干湿循环作用会导致砂岩的本构关系发生变化,使得其在受力时的响应特性发生改变。这种改变可能会使得砂岩在受到相同外力作用时表现出不同的变形

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