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第1章 概论1

1.1 岩石变形破裂过程的化学-应力耦合作用研究背景1

1.2 国内外研究现状2

1.3 研究思路和方法10

1.3.1 研究思路与方法10

1.3.2 主要研究内容12

第2章 化学溶液作用下砂岩孔隙度演化机理及模型16

2.1 引言16

2.2 化学溶液作用下砂岩孔隙度演化规律的试验17

2.2.1 室内试验设计17

2.2.2 化学溶液作用前后砂岩微观孔隙结构变化21

2.2.3 化学溶液作用过程中砂岩试件孔隙度变化22

2.3 化学溶液作用下砂岩孔隙度演化机制23

2.3.1 化学溶液作用前后岩石组成矿物成分变化试验结果23

2.3.2 化学溶液作用前后各组分浓度变化试验结果24

2.3.3 砂岩组成矿物与不同化学溶液发生化学反应的类型25

2.3.4 化学溶液作用过程中岩石孔隙度演化过程分析27

2.4 化学溶液作用下砂岩矿物溶蚀量及孔隙度演化模型研究28

2.4.1 化学溶液作用下砂岩矿物溶蚀量及孔隙度演化数学模型28

2.4.2 算例分析31

2.5 小结41

第3章 化学溶液和单轴压缩作用下岩石变形破裂过程的细观力学试验43

3.1 岩石细观力学加载仪43

3.2 化学溶液与单轴压缩作用下花岗岩破裂过程的细观实时试验及分析46

3.2.1 花岗岩试件的制备46

3.2.2 花岗岩试件的破裂过程及实时记录的图像48

3.2.3 化学溶液对花岗岩矩形板试件的力学特性影响56

3.2.4 化学溶液对花岗岩长方体试件的力学特性影响63

3.3 化学溶液与单轴压缩作用下砂岩破裂过程的细观实时试验及分析73

3.3.1 砂岩试件的制备73

3.3.2 砂岩试件的破裂过程及实时图像74

3.3.3 化学溶液对砂岩力学特性的影响76

3.4 化学溶液与单轴压缩作用下岩石细观破裂过程的尺寸效应84

3.4.1 岩石试件的制备84

3.4.2 岩石试件的破裂过程试验85

3.4.3 化学溶液对不同岩性岩石力学特性的影响85

3.4.4 岩石试件抗压强度的尺寸效应87

3.5 化学溶液与单轴压缩作用下岩石细观损伤演化机理分析90

3.5.1 化学溶液作用下岩石试件表面细观损伤特征分析90

3.5.2 化学溶液作用下岩石试件的细观破裂特征分析93

3.5.3 化学溶液与单轴压缩作用下岩石试件的损伤演化机理分析96

3.6 小结101

第4章 化学溶液和单轴压缩作用下预制多裂纹岩石变形破裂过程的细观力学试验103

4.1 引言103

4.2 岩石细观力学伺服控制试验系统103

4.3 化学溶液作用下预制多裂纹灰质白云岩试件破裂过程的实时细观试验与分析106

4.3.1 岩石试件的制备106

4.3.2 预制多裂纹灰质白云岩试件的破裂全过程试验108

4.3.3 灰质白云岩试件破坏过程分析117

4.4 化学溶液作用下预制多裂纹灰质白云岩的强度效应及规律121

4.5 不同预制裂纹试件的裂纹搭接破坏模式127

4.6 化学溶液作用下预制多裂纹试件的裂纹搭接破坏过程及规律分析128

4.6.1 化学溶液作用下预制多裂纹灰质白云岩试件的裂纹搭接破坏过程及规律分析128

4.6.2 化学溶液作用下预制多裂纹灰质白云岩试件的搭接应力与搭接时间及搭接应力与裂纹排列间距间的关系148

4.6.3 化学溶液对预制多裂纹灰质白云岩试件翼裂起始角的影响分析150

4.7 化学溶液作用下多裂纹岩石的断裂力学分析151

4.7.1 化学溶液作用下应力强度因子的计算151

4.7.2 化学溶液作用下岩石的断裂准则152

4.7.3 化学溶液作用下多裂纹体应力强度因子计算153

4.7.4 化学溶液作用下多裂纹体的断裂力学分析155

4.8 小结155

第5章 化学溶液水压力和单轴压缩作用下预制裂纹岩石变形破裂过程的细观力学试验157

5.1 试验方法157

5.2 化学溶液及其水压力作用下单裂纹灰岩细观力学特性159

5.2.1 化学溶液及其水压力作用下单裂纹灰岩破裂全过程实时观测试验159

5.2.2 化学溶液及其水压力作用下单裂纹灰岩破裂方式164

5.2.3 化学溶液作用下单裂纹灰岩变形及强度特性170

5.2.4 化学溶液及其水压力作用下单裂纹灰岩变形及强度特性171

5.3 化学溶液及其水压力作用下两裂纹灰岩细观力学特性174

5.3.1 化学溶液及其水压力作用下两裂纹灰岩破裂全过程实时观测试验174

5.3.2 化学溶液作用下两裂纹灰岩破裂方式178

5.3.3 化学溶液及其水压力作用下两裂纹灰岩破裂方式181

5.4 化学溶液作用对裂纹岩石破裂过程的影响机制184

5.4.1 化学溶液对预制裂纹灰岩作用的特点184

5.4.2 化学溶液作用对岩石裂纹扩展的影响185

5.5 化学溶液水压力对裂纹岩石强度及破裂过程的影响机制186

5.5.1 水压力对裂纹尖端的劈裂破坏186

5.5.2 水压力对裂纹扩展的影响187

5.5.3 化学溶液水压力对裂纹岩石强度的影响189

5.6 小结189

第6章 化学溶液和三轴压缩作用下岩石破裂过程的CT实时扫描试验191

6.1 引言191

6.2 CT检测理论及试验设备加载系统191

6.2.1 CT检测理论概述191

6.2.2 CT扫描机和三轴加载系统192

6.3 化学溶液和三轴压缩作用下石英砂岩破裂过程的CT实时扫描试验193

6.3.1 石英砂岩试件的制备193

6.3.2 试验过程193

6.3.3 石英砂岩试件的破裂过程及实时图像194

6.3.4 石英砂岩试件测试结果分析198

6.4 化学溶液和三轴压缩作用对石英砂岩强度的影响203

6.4.1 化学溶液对石英砂岩三轴抗压强度的影响203

6.4.2 pH对石英砂岩三轴抗压强度的影响204

6.4.3 CT数平均值变化的对比分析205

6.5 化学溶液水压力作用下单裂纹粉砂岩破裂过程的CT实时扫描试验206

6.5.1 粉砂岩试件的制备206

6.5.2 试验过程207

6.5.3 化学溶液水压力对粉砂岩强度及变形的影响207

6.5.4 化学溶液水压力对微观结构损伤过程的影响216

6.6 小结223

第7章 化学溶液与单、三轴压缩作用下岩石宏观变形破坏过程试验225

7.1 化学溶液饱和灰质白云岩三轴压缩破裂过程试验及规律分析225

7.1.1 试验准备225

7.1.2 灰质白云岩试件的破裂全过程试验结果226

7.1.3 矿物成分及结构构造鉴定结果227

7.1.4 化学溶液对灰质白云岩力学特性的影响229

7.2 化学溶液饱和粉砂岩三轴压缩破裂过程及规律分析233

7.2.1 岩石试件的制备233

7.2.2 试验结果234

7.2.3 化学溶液对粉砂岩力学特性的影响236

7.3 不同围压三轴压缩条件下化学溶液饱和白云质石灰岩变形破坏力学特性238

7.3.1 试验材料与方法238

7.3.2 化学溶液对白云质石灰岩变形破坏特性的影响239

7.3.3 化学溶液对白云质石灰岩弹性模量的影响247

7.3.4 化学溶液对白云质石灰岩泊松比的影响248

7.3.5 化学溶液对白云质石灰岩强度参数c、？值的影响249

7.3.6 化学溶液对白云质石灰岩力学参数影响的机理分析251

7.4 单轴压缩下预制裂纹粉砂岩的应力-水流-化学耦合作用试验257

7.4.1　化学溶液配制与岩石试件制备257

7.4.2 化学溶液对预制裂纹粉砂岩损伤时间效应试验258

7.4.3 化学溶液流动下预制裂纹粉砂岩的单轴压缩试验260

7.5 小结266

第8章 岩石的化学损伤演化变量及本构模型269

8.1 化学溶液作用下岩石单轴压缩细观损伤演化变量和本构模型269

8.1.1 细观损伤模型的建立269

8.1.2 模型的应用及对比分析273

8.2 化学溶液作用下岩石三轴压缩细观损伤演化变量和本构模型274

8.2.1 化学溶液作用下细观损伤机理分析274

8.2.2 化学溶液作用下岩石三轴压缩损伤演化变量279

8.2.3 化学溶液作用下岩石三轴压缩损伤演化本构模型286

8.3 化学溶液作用下岩石进化神经网络应力-应变关系287

8.3.1 进化神经网络方法的建模思想287

8.3.2 化学溶液作用下岩石进化神经网络应力-应变关系的建立288

8.3.3 化学溶液作用下岩石进化神经网络模型的应用289

8.4 小结297

第9章 化学溶液作用下裂纹岩石破裂过程的弹塑性细胞自动机模拟298

9.1 引言298

9.2 考虑裂纹几何和材料属性的弹塑性细胞自动机模拟方法299

9.2.1 预制裂纹表征模型299

9.2.2 基质非均质模型299

9.2.3 本构关系300

9.3 考虑化学溶液作用效应的裂纹岩石破裂过程的细胞自动机模拟301

9.3.1 化学溶液作用下岩石力学效应的弹塑性细胞自动机模拟方法301

9.3.2 单轴压缩下化学溶液饱和单裂纹灰岩试件破裂过程模拟302

9.3.3 单轴压缩下化学溶液饱和两裂纹灰岩试件破裂过程模拟304

9.3.4 数值模拟结果与试验结果比较308

9.4 小结311

第10章 化学溶液作用下砂岩蠕变试验313

10.1 引言313

10.2 化学溶液作用下砂岩单轴蠕变试验314

10.2.1 应力-水流-化学耦合岩石单轴压缩蠕变仪的研制314

10.2.2 化学溶液流动过程中砂岩单轴压缩蠕变试验316

10.3 化学溶液渗透作用下砂岩三轴蠕变试验327

10.3.1 化学渗透与蠕变耦合作用下岩石孔隙度实时测试装置的研制327

10.3.2 化学溶液渗透作用下砂岩三轴压缩蠕变试验329

10.3.3 化学溶液渗透作用下砂岩三轴蠕变规律分析330

10.4 小结335

第11章 化学溶液渗透作用下砂岩蠕变模型337

11.1 化学溶液渗透作用下砂岩三轴蠕变元件模型337

11.2 化学溶液渗透作用下砂岩蠕变参数变化规律339

11.2.1 基于模式搜索的最小二乘法339

11.2.2 化学溶液作用下砂岩三轴蠕变参数识别结果341

11.3 化学溶液作用对蠕变参数影响规律分析342

11.4 化学溶液作用下砂岩非线性蠕变参数规律分析及预测344

11.5 小结346

第12章 典型围岩的风化特征与防风化措施初探348

12.1 引言348

12.2 龙门石窟群围岩风化特征348

12.2.1 石窟群围岩风化作用类型及影响因素348

12.2.2 石窟群围岩风化层工程特性353

12.2.3 渗水溶液对石窟群围岩稳定性影响360

12.2.4 石窟群围岩稳定性影响主要因素及建议361

12.3 龙游石窟抗风化的化学加固试验362

12.3.1 龙游石窟情况介绍362

12.3.2 石窟区域地质概况363

12.3.3 化学加固试验材料与试验方法363

12.3.4 化学加固的室内试验结果及分析364

12.3.5 化学加固的现场试验结果366

12.4 小结369

参考文献370