砂岩蠕变断裂及水的流固耦合试验研究
本文关键词： 砂岩 蠕变 不同水压 蠕变曲线 数值模拟 出处：《重庆大学》2015年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：长时间处于荷载状态之中岩石所受到的破坏通常是因为蠕变而引发的时效性破坏占据主要作用。蠕变能够使得岩体的孔隙度出现改变,进而使得渗透特性发生巨大转变;而渗透特性的改变会使得渗流场发生改变,并导致岩体蠕变性质发生改变。因此,蠕变与渗流是相互耦合的。本文通过理论研究、试验研究以及建立模型等方法对砂岩的蠕变破坏规律以及地下水对砂岩的蠕变破坏的影响规律进行了分析研究,主要研究内容如下:①通过2000TAW?电液伺服岩石三轴试验机,利用分级加载方法对岩样实施三轴压缩蠕变实验,在对所获取的实验信息进行整合与研究之后,对处于围压不同而水压相同、水压不同而围压相同状态下依次获取时变强度曲线和变形时间曲线、卸围压蠕变变形时间曲线。分析了砂岩的蠕变破断规律及水对砂岩的蠕变渗流耦合影响规律。通过实验得出结论:围压与时变强度之间呈正比关系,而与蠕变量之间呈反比关系;存在水压时,岩石的时变强度降低,蠕变量增加,且水压越大,时变强度越小,蠕变量在一定范围内增加;卸围压蠕变的破坏时间变短,其蠕变量亦出现降低;岩体内部存在一个动态平衡的流固渗流耦合系统,而地下水明显会加速这种动态平衡的破坏。试件的渗透系数和体积应变之间存在正相关的关系。②根据砂岩的蠕变特点,在前人研究的基础上构建砂岩的非线性蠕变模型,根据实验蠕变曲线选取构建元件,获取与蠕变模型相关的蠕变公式与本构关系,进而对如何明确模型参数进行阐释。③利用ANSYS有限元数值模拟软件建立试验非线性蠕变模型,通过分级加载的方式模拟试验条件,通过分析数值模拟所得到的位移云图可知,基本与试验过程吻合。
[Abstract]:The failure of rock under long loading condition is usually caused by creep, which can change the porosity of rock mass and change the permeability of rock mass. However, the change of permeability will change the seepage field and the creep property of rock mass. Therefore, creep and seepage are coupled. The creep failure law of sandstone and the influence of groundwater on creep failure of sandstone are analyzed by means of experimental research and modeling. The main contents of this study are as follows: 1 through 2000TAW? The triaxial compression creep test of rock samples was carried out by means of the step loading method in an electro-hydraulic servo rock triaxial testing machine. After integrating and studying the experimental information obtained, the water pressure was the same under different confining pressures. The time-varying strength curve and deformation time curve are obtained in turn under the same water pressure and confining pressure. In this paper, the creep fracture law of sandstone and the influence of water on creep seepage coupling of sandstone are analyzed. The experimental results show that the relationship between confining pressure and time-varying strength is proportional. In the presence of water pressure, the time-varying strength of rock decreases and the amount of creep increases, and the larger the water pressure, the smaller the time-varying strength and the increase of creep amount in a certain range, and the failure time of unloading confining pressure creep becomes shorter. There is a dynamic equilibrium fluid-solid seepage coupling system in the rock mass. There is a positive correlation between the permeability coefficient and the volume strain of the specimen. 2. According to the creep characteristics of sandstone, the nonlinear creep model of sandstone is constructed on the basis of previous studies. According to the experimental creep curve, the building elements are selected, the creep formula and constitutive relation related to the creep model are obtained, and then how to define the model parameters is explained. 3. The nonlinear creep model of the test is established by using ANSYS finite element numerical simulation software. By analyzing the displacement cloud diagram obtained by numerical simulation, the experimental conditions are simulated by the method of stepwise loading, which is basically consistent with the test process.
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD313
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，本文编号：1545605
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