盐岩破坏中能量特征应变率效应颗粒流分析

发布时间：2021-04-01 11:19

　　为研究不同应变速率下盐岩损伤中的能量特征,结合室内单轴压缩试验和颗粒流程序（PFC-2D）进行不同应变率下盐岩模型模拟试验,分析盐岩模型的峰值强度,并运用岩石能量耗散理论分析不同应变速率下盐岩模型峰值强度处能量特征和单轴压缩过程中能量特征变化。结果表明:盐岩模型峰值强度随应变速率增加而增大;盐岩模型峰值强度处对应的总输入能量、可释放弹性应变能和耗散应变能均随应变速率的增加而增加;不同应变率下盐岩模型在相同压缩阶段能量特征变化基本相同,能量随轴向应变整体变化趋势受应变速率的影响较小;同一应变率下不同压缩阶段能量特征变化趋势不同,弹性阶段大部分外力功转化成可释放应变能;塑性阶段耗散应变能快速大幅增加;在破坏阶段耗散应变能持续增加,但弹性应变能出现降低。 

【文章来源】：河南理工大学学报(自然科学版). 2020,39(06)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

试件样品

图2给出了不同应变速率下试样应力-应变曲线。尽管盐岩峰值强度、弹性模量和峰值强度处应变均出现较大离散,但由图2可以看出,不同应变速率下盐岩单轴压缩应力-应变曲线走势大致相似,均呈现下凹形趋势,且到峰值强度前均表现为弹塑性变形。与常见岩石不同,该盐岩并未出现明显的压密阶段,由此可以将单轴压缩过程大致分成3个阶段:弹性阶段(oa)、塑性阶段(ab)和破坏阶段(bc)。由图2可以看出,塑性阶段经历了较长时间,表明该盐岩具有较强的塑性变形能力。2 盐岩单轴压缩颗粒流模拟

基于颗粒流程序(PFC-2D)构建如图3所示尺寸的数值模型,最小颗粒直径为0.4 mm,粒径比为1.625,且服从均匀分布。选用能够同时传递力和力矩的线性平行黏结模型(linear parallel bond model)作为颗粒间接触模型。由于室内试验结果出现了较大的离散性,因此在进行细观参数标定时,分别选取了应变率为2×10-3,2×10-4和2×10-5 s-1时试件YB1-4、YB2-4和YB3-1的室内单轴压缩试验结果为参照,利用“试错法”反复标定细观力学参数。采用表2中参数,计算得到盐岩模型的峰值强度、弹性模量等宏观力学特征,与室内试验结果相差较小,对比结果见表3。由表3可知数值模拟宏观力学特征和室内试验吻合度较好。限于篇幅仅给出应变率为2×10-3 s-1时试件YB1-4室内试验的应力-应变曲线和破坏形式分别与数值模拟结果的对比,如图4所示。可以看出应力-应变曲线和破坏形式基本吻合,模拟应力-应变曲线并未表现出下凹趋势,可能由于盐岩试件内部存在微节理面,当达到一定应力时,节理面克服摩擦慢慢滑动,此时应力增加速率小于应变增加速率,造成应力-应变下凹,而在进行数值模拟研究时,将岩石材料离散成直图4 室内试验和数值模拟结果对照

【参考文献】：
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本文编号：3113244