硬脆性砂岩强度与变形特性研究
发布时间：2021-02-14 04:14
近年来,为满足国民经济的快速可持续发展,各类岩体工程尤其是地下工程日益增多,例如深部矿产开采、油气开采、地热开采、深埋长隧道、二氧化碳地质封存等。在上述深部岩体工程中,硬脆性岩体在开挖扰动下容易发生脆性破坏,表现出与浅部低应力条件下完全不同的力学行为和变形破坏机理,正确地理解岩石在不同应力状态下的破坏模式和破坏机理对工程设计、施工安全和运营稳定性至关重要。砂岩作为浅层地壳中最常见的组成部分,是一种重要的工程材料,同时是油、气、热等能源的主要载体。而且,砂岩由于其多孔特性,被认为是温室气体地质封存的理想介质。在深部复杂赋存环境中,其变形破坏行为对围岩稳定性、油气开采效率等起重要作用。因此,砂岩在真实地壳应力状态下的强度与变形破坏机理,是目前深部岩体工程中亟需解决的关键科学问题。大量岩石力学原位试验和室内试验表明,岩石的脆性破坏过程与其内部微裂纹的起裂、扩展及贯通密切相关,并伴随巨大能量的迅速释放。本文从室内试验角度,针对硬脆性自贡砂岩开展巴西劈裂试验、单轴压缩试验、常规三轴压缩试验及真三轴压缩试验,利用声发射监测、电镜扫描等技术手段,系统深入地研究该砂岩在不同应力路径下的强度与变形特性,...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：203 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１深部岩体脆性破坏现象??脆性破坏是深部岩体最主要的破坏形式，在高地应力条件下，开挖卸荷??应重，
尽管目前关于岩石脆性破裂过程的研究己取得丰硕成果，但由于加载备的局限性及控制方式的不合理，大多研宄无法获得岩石的全应力－应变曲因此常常忽略了岩石试样峰后破裂行为。得益于刚性试验机的成功研制，分学者成功获得了一些软弱岩石的全应力－应变曲线［４２，４３］，但针对某些硬（如花岗岩），人们仍无法有效研宄其峰后力学行为。Ｗａｗｅｒｓｉｋ和Ｆａｉｒｆｕｒｓｔ［４根据岩石的峰后曲线特征，将岩石峰后力学行为分为两类：Ｃｌａｓｓ?Ｉ和Ｃｌａｓｓ?ＩＩ。??如图２－３（ａ）所示，两类曲线的峰前行为可认为是一致的，在峰后区域，ＣｌａｓＩ曲线主要表现为单调增大的轴向应变而ＣｌａｓｓＩＩ曲线则表现为反向的轴向变。在能量方面，两类峰后行为的差异则更为明显。图２－３（ｂ）中绿色三角为试样在峰值应力时所累积的弹性能（Ｗｅ），当试样进入峰后阶段时，部分性能逐渐转化为破裂所需的能量（破裂能，ｄ＼Ｖｒ）。从图２－３（ｂ）可以看出，当些岩石表现为Ｃｌａｓｓ?Ｉ行为时，其在峰后所需的破裂能ｄ＼Ｖｒ大于从试样中提的弹性能（Ｗｅ－Ｗｒｅ），这一类岩石在峰后阶段仍需继续施加荷载才能维持破的进行，因此可认为是稳定且可控的。相比之下，对于另一些硬脆性岩石，??
脆性破裂的声发射特征研宄则更少。Ｌｏｃｋｎｅｒ等［４９］采用声发射率作为反馈信??号，开创性地研宄了花岗岩在常规三轴压缩条件下峰后准静态破裂行为。如??图２－４（ａ）所示，通过伺服系统不断调整轴向应力和变形，保持恒定的声发射??事件率，成功实现了试样峰后的准静态脆性破裂过程。图２－４（ｂ）为图２－４（ａ）??中各阶段声发射事件空间分布演化。其中，阶段１对应峰前扩容阶段，声发??射事件均匀地分布在试样内部；阶段ｉｉ对应峰后起始区域，声发射事件逐渐??聚集在试样表面，与分叉理论（Ｂｉｆｉｉｒｃａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙ）［５ｌ］的预测结果及利用三维数??－８?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]砂质泥岩在低温劈裂试验中的声发射研究[J]. 刘波,张功,李守定,李晓,徐薇,杨伟红. 岩石力学与工程学报. 2016(S1)
[2]基于巴西劈裂试验的页岩强度与破坏模式研究[J]. 杨志鹏,何柏,谢凌志,李存宝,王俊. 岩土力学. 2015(12)
[3]多功能真三轴流固耦合试验系统的研制与应用[J]. 尹光志,李铭辉,许江,王维忠,李文璞,李星,宋真龙,邓博知. 岩石力学与工程学报. 2015(12)
[4]岩石应力–渗流耦合真三轴试验系统的研制与应用[J]. 尹立明,郭惟嘉,陈军涛. 岩石力学与工程学报. 2014(S1)
[5]Hoek-Brown强度准则研究进展与应用综述[J]. 朱合华,张琦,章连洋. 岩石力学与工程学报. 2013(10)
[6]拉伸应力状态下花岗岩声发射特征研究[J]. 李天一,刘建锋,陈亮,徐进,王璐. 岩石力学与工程学报. 2013(S2)
[7]中尺寸岩样真三轴试验系统研制与应用[J]. 李维树,黄书岭,丁秀丽,钟作武,邬爱清. 岩石力学与工程学报. 2012(11)
[8]岩体真三轴现场蠕变试验系统研制与应用[J]. 李维树,周火明,钟作武,张宜虎,郝庆泽. 岩石力学与工程学报. 2012(08)
[9]锦屏二级水电站深埋长隧洞群的建设和工程中的挑战性问题[J]. 吴世勇,王鸽. 岩石力学与工程学报. 2010(11)
[10]一种散粒体材料破坏准则研究[J]. 肖杨,刘汉龙,朱俊高. 岩土工程学报. 2010(04)
博士论文
[1]脆性岩石强度与变形特性研究[D]. 彭俊.武汉大学 2015
[2]真三轴卸载下深部岩体破裂特性及诱发型岩爆机理研究[D]. 杜坤.中南大学 2013
[3]粗粒土真三轴试验与本构模型研究[D]. 施维成.河海大学 2008
硕士论文
[1]拉西瓦水电站地下厂房洞群监测资料反演分析与稳定性评价研究[D]. 景茂贵.西安理工大学 2007
[2]锦屏二级水电站深埋特长引水隧洞岩爆模拟及预测研究[D]. 王湘锋.成都理工大学 2006
本文编号：3033094
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：203 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１深部岩体脆性破坏现象??脆性破坏是深部岩体最主要的破坏形式，在高地应力条件下，开挖卸荷??应重，
尽管目前关于岩石脆性破裂过程的研究己取得丰硕成果，但由于加载备的局限性及控制方式的不合理，大多研宄无法获得岩石的全应力－应变曲因此常常忽略了岩石试样峰后破裂行为。得益于刚性试验机的成功研制，分学者成功获得了一些软弱岩石的全应力－应变曲线［４２，４３］，但针对某些硬（如花岗岩），人们仍无法有效研宄其峰后力学行为。Ｗａｗｅｒｓｉｋ和Ｆａｉｒｆｕｒｓｔ［４根据岩石的峰后曲线特征，将岩石峰后力学行为分为两类：Ｃｌａｓｓ?Ｉ和Ｃｌａｓｓ?ＩＩ。??如图２－３（ａ）所示，两类曲线的峰前行为可认为是一致的，在峰后区域，ＣｌａｓＩ曲线主要表现为单调增大的轴向应变而ＣｌａｓｓＩＩ曲线则表现为反向的轴向变。在能量方面，两类峰后行为的差异则更为明显。图２－３（ｂ）中绿色三角为试样在峰值应力时所累积的弹性能（Ｗｅ），当试样进入峰后阶段时，部分性能逐渐转化为破裂所需的能量（破裂能，ｄ＼Ｖｒ）。从图２－３（ｂ）可以看出，当些岩石表现为Ｃｌａｓｓ?Ｉ行为时，其在峰后所需的破裂能ｄ＼Ｖｒ大于从试样中提的弹性能（Ｗｅ－Ｗｒｅ），这一类岩石在峰后阶段仍需继续施加荷载才能维持破的进行，因此可认为是稳定且可控的。相比之下，对于另一些硬脆性岩石，??
脆性破裂的声发射特征研宄则更少。Ｌｏｃｋｎｅｒ等［４９］采用声发射率作为反馈信??号，开创性地研宄了花岗岩在常规三轴压缩条件下峰后准静态破裂行为。如??图２－４（ａ）所示，通过伺服系统不断调整轴向应力和变形，保持恒定的声发射??事件率，成功实现了试样峰后的准静态脆性破裂过程。图２－４（ｂ）为图２－４（ａ）??中各阶段声发射事件空间分布演化。其中，阶段１对应峰前扩容阶段，声发??射事件均匀地分布在试样内部；阶段ｉｉ对应峰后起始区域，声发射事件逐渐??聚集在试样表面，与分叉理论（Ｂｉｆｉｉｒｃａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙ）［５ｌ］的预测结果及利用三维数??－８?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]砂质泥岩在低温劈裂试验中的声发射研究[J]. 刘波,张功,李守定,李晓,徐薇,杨伟红. 岩石力学与工程学报. 2016(S1)
[2]基于巴西劈裂试验的页岩强度与破坏模式研究[J]. 杨志鹏,何柏,谢凌志,李存宝,王俊. 岩土力学. 2015(12)
[3]多功能真三轴流固耦合试验系统的研制与应用[J]. 尹光志,李铭辉,许江,王维忠,李文璞,李星,宋真龙,邓博知. 岩石力学与工程学报. 2015(12)
[4]岩石应力–渗流耦合真三轴试验系统的研制与应用[J]. 尹立明,郭惟嘉,陈军涛. 岩石力学与工程学报. 2014(S1)
[5]Hoek-Brown强度准则研究进展与应用综述[J]. 朱合华,张琦,章连洋. 岩石力学与工程学报. 2013(10)
[6]拉伸应力状态下花岗岩声发射特征研究[J]. 李天一,刘建锋,陈亮,徐进,王璐. 岩石力学与工程学报. 2013(S2)
[7]中尺寸岩样真三轴试验系统研制与应用[J]. 李维树,黄书岭,丁秀丽,钟作武,邬爱清. 岩石力学与工程学报. 2012(11)
[8]岩体真三轴现场蠕变试验系统研制与应用[J]. 李维树,周火明,钟作武,张宜虎,郝庆泽. 岩石力学与工程学报. 2012(08)
[9]锦屏二级水电站深埋长隧洞群的建设和工程中的挑战性问题[J]. 吴世勇,王鸽. 岩石力学与工程学报. 2010(11)
[10]一种散粒体材料破坏准则研究[J]. 肖杨,刘汉龙,朱俊高. 岩土工程学报. 2010(04)
博士论文
[1]脆性岩石强度与变形特性研究[D]. 彭俊.武汉大学 2015
[2]真三轴卸载下深部岩体破裂特性及诱发型岩爆机理研究[D]. 杜坤.中南大学 2013
[3]粗粒土真三轴试验与本构模型研究[D]. 施维成.河海大学 2008
硕士论文
[1]拉西瓦水电站地下厂房洞群监测资料反演分析与稳定性评价研究[D]. 景茂贵.西安理工大学 2007
[2]锦屏二级水电站深埋特长引水隧洞岩爆模拟及预测研究[D]. 王湘锋.成都理工大学 2006
本文编号：3033094
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