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