Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu về các tính chất cơ học và mô hình cấu trúc đàn hồi-brittle-plastic của đá giòn cứng dựa trên thí nghiệm triaxial truyền thống
Tóm tắt
Do sự suy giảm của mô đun đàn hồi và tỷ lệ Poisson, đá giòn cứng được đặc trưng bởi các tính chất cơ học phi tuyến. Mô đun đàn hồi, tỷ lệ Poisson và các tham số cường độ cho thấy các đặc tính phi tuyến với sự gia tăng áp suất giữ chặt, do sự xuất hiện của các vi nứt trong đá giòn cứng. Quá trình biến dạng trước đỉnh của đá được chia thành bốn giai đoạn dựa trên sự biến đổi của các vi nứt để mô tả quá trình biến dạng tiệm cận của đá. Sự biến đổi của mô đun đàn hồi, tỷ lệ Poisson và các tham số cường độ với áp suất giữ chặt được thu thập ở các giai đoạn khác nhau. Kết quả cho thấy rằng mô đun đàn hồi E không chỉ liên quan đến áp suất giữ chặt mà còn liên quan đến trạng thái biến dạng và hư hại của đá; thêm vào đó, trạng thái biến dạng và hư hại của đá phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của các vi nứt. Mô đun đàn hồi ở mỗi giai đoạn tăng đáng kể với sự gia tăng của áp suất giữ chặt. Tỷ lệ Poisson của các mẫu đá dưới các áp suất giữ chặt khác nhau ở cùng một giai đoạn biến dạng là tương đối gần và hầu như không đổi. Trên cơ sở này, một mô hình cấu trúc đàn hồi-brittle-plastic phản ánh các đặc tính cơ học phi tuyến của đá giòn cứng trước đỉnh được thiết lập. Mô hình được cấu thành từ giai đoạn đàn hồi phi tuyến, giai đoạn mềm hóa biến dạng và giai đoạn chảy plastic, được ứng dụng để mô phỏng số đá giòn cứng dưới các áp suất giữ chặt khác nhau, và các đường cong ứng suất-biến dạng thu được nhất quán với các đường cong thí nghiệm, phản ánh hành vi cơ học phi tuyến trước đỉnh của các đá giòn cứng. Nghiên cứu này sẽ có lợi cho phân tích biến dạng, độ ổn định và thiết kế kỹ thuật của các đường hầm và đường hầm sâu dưới áp lực tại chỗ cao.
Từ khóa
#đá giòn cứng #mô đun đàn hồi #tỷ lệ Poisson #áp suất giữ chặt #vi nứt #mô hình cấu trúc đàn hồi-brittle-plastic #biến dạng trước đỉnh #phân tích độ ổn địnhTài liệu tham khảo
Chen JT (2007) Study on constitutive model for hard rock under high geostresses. Rock and Soil Mechanics 28:2271–2282
Diering DH (2000) Tunnels under pressure in an ultra-deep Wifwatersrand gold mine. J S Afr Inst Min Metall 100:319–324
Dmes K, Mroz Z (1985) Stability condition for brittle plastic structure with propagation damage surface. Struct Mech 13:85–122
Erarslan N, Williams DJ (2012) Investigating the effect of cyclic loading on the indirect tensile strength of rocks. Rock Mech Rock Eng 45:327–340
Golshani A, Oda M, Okui Y (2007) Numerical simulation of the excavation damaged zone around an opening in brittle rock. Int J Rock Mech Min Sci 44:835–845
Hajiabdolmajid V, Kaiser PK, Martin CD (2000) Modelling brittle failure of rock. Int J Rock Mech Min Sci 39:731–741
Hashiba K, Okubo S (2006) A new testing method for investigating the loading rate dependency of peak and residual rock strength. Int J Rock Mech Min Sci 43:894–904
He MM, Zhang ZQ, Zhu J (2022) Correlation between the constant mi of Hoek-Brown criterion and porosity of intact rock. Rock Mech Rock Eng 55:923–936
Hu LQ, Li XB, Zhao FB (2002) Study on energy consumption in fracture and damage of rock induced by impact loadings. Chin J Rock Mech Eng 21:2304–2308
Hu X, Hong BN, Meng YM (2007) Experimental investigation on law of microstructural evolvement of red sandstones under uniaxial compression. Eng J Wuhan Uni 40:64–70
Huang D, Huang RQ, Zhang YX (2012) experimental investigations on static loading rate effects on mechanical properties and energy mechanism of coarse crystal grain marble under uniaxial compression. Chin J Rock Mech Eng 31:245–256
Lajtai EZ (1998) Microscopic fracture processes in a granite. Microscopic Fracture Processes In A Granite 31:237–250
Li YS (1995) Experimental analysis on the mechanical effects of loading rates on red sandstone. J Tongji Uni 23:265–269
Lu YD, Ge XR, Jiang Y (2004) Study on conventional triaxial compressional test of complete process for marble and its constitutive equation. Chin J Rock Mech Eng 23:2489–2493
Mahmutoglu L (2006) The effects of strain rate and saturation on a micro-cracked marble. Eng Geol 82:137–144
Moore DE, Locker DA (1995) The role of microcracking in shear-fracture propagation in granite. J Struct Geol 17:95–114
Pourhosseini O, Shabanimashcool M (2014) Development of an elasto-plastic constitutive model for intact rocks. Int J Rock Mech Min Sci 66:1–12
Qi CZ, Wang MY, Qian QH (2009) Strain-rate effects on the strength and fragmentation size of rocks. Int J Impact Eng 36:1355–1364
Ren F, Sheng Q (1999) Elastic-brittle-plastic theory and numerical simulation of excavation for permanent lock of TGP. J Yangtze River Sci Res Inst 16:6–10
Wang YN, Zhang Q, Li ZY (2020) Strain Softening Model Considering Elastic-Plastic Coupling Effect 45:4037–4051
Wang CK, Xia CC, Zhu ZM (2021) Long-term creep law and constitutive model of extremely soft coal rock subjected to single-stage load. Rock Soil Mech 42:1–13
Wu MB, Liu YH (1980) The effect of intermediate strain rates on mechanical properties of rock. Rock Soil Mech 1:51–58
Yin YQ, Huang JF, Wang KP (1993) Experimental study of the constitutive behaviors of Fang Shan marble. Chin J Rock Mech Eng 12:240–248
You MQ, Su CD (2008) Experimental study on strengthening of marble specimen in cyclic loading of uniaxial or pseudo-triaxial compression. Chinese J Solid Mech 29:66–72
Zhang LY, Mao XB (2010) Experimental study of the mechanical effects of loading rates on limestone at high temperature. Rock Soil Mech 31:3511–3516
Zhang HB, Zhang QQ, Wang LG (2020) Compression mechanical characteristics and nonlinear constitutive model of salt rock considering confining pressure effect. Chinese J Undergr Space Eng 16:697–705
Zhou WH, Sun WJ (1990) The non-associate critical elasto-plastic constitutive model for rock. Chin J Rock Mech Eng 1:1–10