循环荷载作用下砂岩水力耦合三轴试验研究

发布时间：2020-08-24 15:35

【摘要】：在高应力和高渗透压的深部地下开挖工程中,深部围岩除了承受由开挖后应力调整产生的附加应力外,还会受后续开挖施工中循环多次的爆破、机械凿岩和矿震造成的循环荷载甚至疲劳扰动荷载作用,与高渗透压联合作用,会对岩石的变形及损伤演化和破裂过程产生重要影响。为研究砂岩循环荷载水力耦合作用下应力-应变关系特性及渗透率变化特征,针对砂岩进行常规三轴试验,单调加载水力耦合试验、等幅值和变幅值循环荷载水力耦合试验。根据试验结果对砂岩的力学性能、变形特征及渗透率在循环荷载和水力耦合作用的变化规律进行系统分析。主要研究成果包括:力学性质方面:在单调加载水力耦合条件下,砂岩的峰值强度随围压的增大或渗透压的减小而增大;循环荷载作用下,岩石的峰值强度增长幅度更大。循环荷载的作用使岩石在达到峰值强度后跌落的较单调加载情况更为迅速,在峰值点常常呈现快速跌落的现象,表现砂岩脆性特性。随着渗透压的增大,峰值点跌落趋势逐渐减缓,砂岩脆性特征向延性特征转变,最终达到稳定残余强度。渗透率方面:单调加载水力耦合作用下砂岩的渗透率变化受围压和渗透压的影响,随着破坏进程,渗透率总体呈增长模式,砂岩的破坏模式也为单一的劈裂破坏。在循环荷载下,砂岩在扩容阶段后的渗透率变化出现与常规加载不同的变化规律,且破坏模式为多角度多裂纹的混合破坏模式,砂岩破坏模式影响了其渗透率的变化。建立变幅值循环荷载水力耦合作用下岩石的疲劳损伤模型公式,与试验所测渗透率进行验证,拟合精度较高。等幅值循环荷载水力耦合作用下,最后一次循环加卸载时,砂岩的渗透率随围压变化的增长幅度最大。不同围压之下,采用不同参数的同一拟合方程,轴压和渗透率的拟合精度较好。
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU45
【图文】：

预制煤样渗透率-轴压图[87]

天然岩石渗透率-轴压图[88]

不同计算方法下的岩石渗透率

【参考文献】

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本文编号：2802636