秦巴山区云母石英片岩蠕变力学特性研究

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1、分类号:P64210710-2012126087硕士学位论文秦巴山区云母石英片岩蠕变力学特性研究魏心声导师姓名职称范文教授申请学位类别硕士学科专业名称地质工程论文提交日期2015年6月10日论文答辩日期2015年6月15日学位授予单位长安大学Studyoncreepmechanicalcharacteristicofmica-quartzschistinQinbamountainousterrainAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:WeiXinsh

2、engSupervisor:Prof.FanWenChang’anUniversity,Xi’an,China论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅

3、览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。(涉密论文在解密后应遵守此规定）年乙月zf日1摘要秦巴山区横贯中国中部，为中国南北地理及气候的分水岭。区内山势险峻，沟壑纵横，在长期的地质历史时期中形成了复杂的地质结构与丰富多变的岩土体类型，同时，在强烈的构造运动与斜坡表层风化卸荷作用这一内，外动力共同作用下，使得该区域岩体较为破碎，力学性质较差，再加上强降雨及人类工程活动等诱发因素，导致区内近年来地质灾害频发，其中以浅表层滑坡灾害最为常

4、见，对区域内人类工程活动，经济及生命财产安全产生了较为严重的威胁。对于以浅变质岩类的片状岩体，这种灾害的作用尤为明显。因此，该类分布于坡体浅层较为破碎的岩体对区内浅表层滑坡的孕育，发展及最终破坏起到了重要的控制作用。岩质边坡在最终较短时间的失稳破坏之前往往要经历相当长的变形时间，加上持续强降雨作用以及人类工程活动等影响，更加剧了坡体的蠕变变形过程。因此进行岩体的蠕变力学特性研究，能针对后续软变质岩浅表层滑坡的蠕变机制分析，滑坡过程的数值模拟及边坡灾害防治研究提供极为重要的基础性数据及成果，是相当有必要的。

5、此外，室内岩石蠕变试验同时也为蠕变模型的研究提供了最为直接且可靠的数据。因此，岩石流变力学的研究是现今岩石力学中一个较为热门的研究课题。本文以室内蠕变试验为主线，结合理论分析和数值模拟综合分析研究，从云母石英片岩宏观蠕变力学特性分析以及模型的建立，到岩石破裂后微观结构的研究，并考虑岩石力学中的损伤效应，从宏观到微观，以期从不同角度全面揭示该区域云母石英片岩的蠕变变形及破坏机制。以秦巴山区中较为典型的浅表层滑坡为例，并以控制其在长期重力作用下时效变形破坏的云母石英片岩为研究对象。主要研究内容及成果如下：（1

6、）通过分析轴向，径向、体积蠕变特征曲线、等时应力应变曲线和蠕变速率曲线，研究了云母石英片岩在不同围压力、含水状态及片理面倾角试验条件下的蠕变力学特性，并分析了各个因素对于蠕变特性的影响。结果显示围压对于蠕变的影响主要为限制径向蠕变的发展，相同条件下围压越大，蠕变量越小；当含水率越大时，水对岩石的软化作用使得蠕变量增加，粘滞性增强；片理倾角使得片岩的蠕变破坏模式存在显著的差异；（2）利用电镜扫描设备（SEM），从细观角度分析了云母石英片岩微结构变形的破坏模式；I（3）其次，以非线性理论分析为支撑，依据室内蠕

7、变力学试验结果，对蠕变曲线通过修正的非线性西原蠕变模型进行辨识，并利用非线性最小二乘法对参数进行了反演，同时运用塑性力学理论，将一维蠕变模型扩展为考虑围压影响的三维蠕变模型，随后引入屈服接近度的概念，对蠕变分段函数的阈值进行了空间化表示；（4）随后基于连续介质理论及统计强度理论，对原有西原模型进行了修正，并利用修正的西原损伤模型对蠕变曲线进行了描述，模型计算结果满足拟合结果要求，且计算值稍大于实测值，即偏于安全；（5）最后用所得模型参数应用于浅层边坡的蠕变变形数值计算中。全面掌握区内典型浅变质岩-云母石英

8、片岩的蠕变力学特性对于研究长期重力作用下浅表层变质岩滑坡的变形破坏机理的时效性研究有着重要价值。关键词：秦巴山区；浅表层滑坡；云母石英片岩；蠕变力学试验；非线性蠕变本构模型；损伤蠕变模型；IIAbstractQinbaMountainousterraintraversesmiddlepartregionofChina,andisaclimaticboundarybetweentheNorthandSouth.Intheregi