高温作用后鲁灰花岗岩断裂模型及断裂预测研究
发布时间：2021-02-16 17:55
地热资源开采中,地热储层的温度随着地热能的开采逐渐降低,温度降低的方式包括缓慢降低和遇水冷却两种方式。降温后岩石的力学性能会发生改变,从而影响高温岩体工程的开展。因此,岩石在高温自然冷却和遇水冷却后的断裂破坏特性研究具有重要意义。本文对经历不同温度（常温～900℃）和不同冷却方式（遇水冷却、自然冷却）后的鲁灰花岗岩试样进行了巴西劈裂和三点弯曲实验。研究了温度和冷却方式对花岗岩力学性能以及断裂特性的影响,基于实验结果建立了高温作用后花岗岩断裂模型,以此对高温作用后花岗岩Ⅰ型断裂破坏进行预测。研究成果如下:（1）采用LEICADM4M显微镜对常温花岗岩进行颗粒观测实验,发现鲁灰花岗岩矿物颗粒的平均粒径为3mm左右;（2）通过巴西劈裂实验测得各温度段花岗岩的抗拉强度,花岗岩抗拉强度随着温度的升高呈下降趋势,在500～600℃左右岩石抗拉强度下降迅速,在600℃以后花岗岩抗拉强度下降趋势变缓。并且各温度段自然冷却试样测定的抗拉强度大于遇水冷却试样的。通过数字散斑技术,观测到劈裂实验试样破坏前沿着两个加载点连线方向出现贯穿整个试件的大应变区域。试样宏观破坏裂纹诞生在大应变区域中,且与其形状相似。...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
断裂过程区模型和软化曲线
中北大学学位论文10dwwfGcwf0)((2-9)其中，cw为临界裂缝张开位移，裂缝超过cw后粘聚应力变为零。图2.1断裂过程区模型和软化曲线Fig2.1Thecohesivezonemodelandsofteningcurve图2.2为用双线性表示的脆性材料软化曲线，该曲线可用四个参数确定，分别为抗拉强度tf、断裂能fG、软化曲线面积形心横坐标w和初始线性部分延伸线的水平截距1w。双线性软化曲线拐点横坐标为qw，纵坐标为q，粘聚应力为零时临界裂缝张开位移为cw。图2.2双线性软化曲线Fig2.2Bilinearsofteningcurve
中北大学学位论文12图2.3边界效应理论基本模型Fig2.3Thebasicmodelofboundaryeffecttheory2.3.2有限尺寸边界效应理论模型对于大尺寸结构或无限大板情况，确定的断裂韧度和抗拉强度是无尺寸效应的真实材料参数。然而，对于有限尺寸试件，其试验结果直接确定的参数表现出尺寸效应，原因是试件受到了断裂韧度和抗拉强度两个参数的影响。有限尺寸试件断裂主要位于准脆性断裂区域，tf和ICK共同决定了材料断裂破坏形态，两者的占比不同决定了试件的断裂状态，导致试件出现尺寸效应。当aa0时(如aa100)，断裂韧度准则占主导地位，试件断裂破坏满足断裂韧度准则；当00a，即aa0(如aa1.00)，强度准则占主导地位，试件断裂破坏满足强度准则：tNfσ。因此，对采用统一公式描述材料断裂状态，即有限尺寸的边界效应模型表达式为[9]：aafσetn1(2-13)其中：nσ为考虑初始裂缝影响的结构名义应力，ea为考虑试件前后边界影响的几何结构参数，a为材料的特征长度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]岩石材料真实断裂参数确定及断裂破坏预测方法[J]. 管俊峰,钱国双,白卫峰,姚贤华,付金伟. 岩石力学与工程学报. 2018(05)
[2]考虑骨料尺寸的混凝土岩石边界效应断裂模型[J]. 管俊峰,王强,HU Xiaozhi,白卫峰,姜斌. 工程力学. 2017(12)
[3]用边界效应理论考虑断裂韧性和拉伸强度对破坏的影响[J]. 管俊峰,胡晓智,王玉锁,李庆斌,吴智敏. 水利学报. 2016(10)
[4]考虑黏聚力弱化的岩石软化模型研究[J]. 余俊,李真,潘伟波,何月. 铁道科学与工程学报. 2016(06)
[5]低温环境下含表面裂隙硬岩温度场及冻胀演化过程分析[J]. 申艳军,杨更社,荣腾龙,刘慧. 岩土力学. 2016(S1)
[6]高温后花岗岩的劈裂试验及热损伤特性研究[J]. 方新宇,许金余,刘石,王鹏. 岩石力学与工程学报. 2016(S1)
[7]三轴多级荷载下盐岩声波声发射特征与损伤演化规律研究[J]. 李浩然,杨春和,李佰林,尹雪英. 岩石力学与工程学报. 2016(04)
[8]冲击载荷作用下岩石动态断裂试验研究[J]. 宋义敏,何爱军,王泽军,陈浩哲. 岩土力学. 2015(04)
[9]岩石-混凝土界面拉伸软化本构关系试验研究[J]. 董伟,张利花,吴智敏. 水利学报. 2014(06)
[10]三点弯曲下热处理北山花岗岩的断裂特性研究[J]. 左建平,周宏伟,范雄,鞠杨. 岩石力学与工程学报. 2013(12)
硕士论文
[1]花岗岩高温自然冷却后的断裂力学特性研究[D]. 王学怀.中北大学 2019
[2]鲁灰花岗岩高温遇水冷却后断裂特性研究[D]. 吕琪.中北大学 2019
[3]岩石材料真实断裂参数确定及断裂破坏预测方法[D]. 钱国双.华北水利水电大学 2018
[4]岩石动静组合加载巴西盘劈裂试验研究[D]. 邹洋.中南大学 2011
本文编号：3036723
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
断裂过程区模型和软化曲线
中北大学学位论文10dwwfGcwf0)((2-9)其中，cw为临界裂缝张开位移，裂缝超过cw后粘聚应力变为零。图2.1断裂过程区模型和软化曲线Fig2.1Thecohesivezonemodelandsofteningcurve图2.2为用双线性表示的脆性材料软化曲线，该曲线可用四个参数确定，分别为抗拉强度tf、断裂能fG、软化曲线面积形心横坐标w和初始线性部分延伸线的水平截距1w。双线性软化曲线拐点横坐标为qw，纵坐标为q，粘聚应力为零时临界裂缝张开位移为cw。图2.2双线性软化曲线Fig2.2Bilinearsofteningcurve
中北大学学位论文12图2.3边界效应理论基本模型Fig2.3Thebasicmodelofboundaryeffecttheory2.3.2有限尺寸边界效应理论模型对于大尺寸结构或无限大板情况，确定的断裂韧度和抗拉强度是无尺寸效应的真实材料参数。然而，对于有限尺寸试件，其试验结果直接确定的参数表现出尺寸效应，原因是试件受到了断裂韧度和抗拉强度两个参数的影响。有限尺寸试件断裂主要位于准脆性断裂区域，tf和ICK共同决定了材料断裂破坏形态，两者的占比不同决定了试件的断裂状态，导致试件出现尺寸效应。当aa0时(如aa100)，断裂韧度准则占主导地位，试件断裂破坏满足断裂韧度准则；当00a，即aa0(如aa1.00)，强度准则占主导地位，试件断裂破坏满足强度准则：tNfσ。因此，对采用统一公式描述材料断裂状态，即有限尺寸的边界效应模型表达式为[9]：aafσetn1(2-13)其中：nσ为考虑初始裂缝影响的结构名义应力，ea为考虑试件前后边界影响的几何结构参数，a为材料的特征长度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]岩石材料真实断裂参数确定及断裂破坏预测方法[J]. 管俊峰,钱国双,白卫峰,姚贤华,付金伟. 岩石力学与工程学报. 2018(05)
[2]考虑骨料尺寸的混凝土岩石边界效应断裂模型[J]. 管俊峰,王强,HU Xiaozhi,白卫峰,姜斌. 工程力学. 2017(12)
[3]用边界效应理论考虑断裂韧性和拉伸强度对破坏的影响[J]. 管俊峰,胡晓智,王玉锁,李庆斌,吴智敏. 水利学报. 2016(10)
[4]考虑黏聚力弱化的岩石软化模型研究[J]. 余俊,李真,潘伟波,何月. 铁道科学与工程学报. 2016(06)
[5]低温环境下含表面裂隙硬岩温度场及冻胀演化过程分析[J]. 申艳军,杨更社,荣腾龙,刘慧. 岩土力学. 2016(S1)
[6]高温后花岗岩的劈裂试验及热损伤特性研究[J]. 方新宇,许金余,刘石,王鹏. 岩石力学与工程学报. 2016(S1)
[7]三轴多级荷载下盐岩声波声发射特征与损伤演化规律研究[J]. 李浩然,杨春和,李佰林,尹雪英. 岩石力学与工程学报. 2016(04)
[8]冲击载荷作用下岩石动态断裂试验研究[J]. 宋义敏,何爱军,王泽军,陈浩哲. 岩土力学. 2015(04)
[9]岩石-混凝土界面拉伸软化本构关系试验研究[J]. 董伟,张利花,吴智敏. 水利学报. 2014(06)
[10]三点弯曲下热处理北山花岗岩的断裂特性研究[J]. 左建平,周宏伟,范雄,鞠杨. 岩石力学与工程学报. 2013(12)
硕士论文
[1]花岗岩高温自然冷却后的断裂力学特性研究[D]. 王学怀.中北大学 2019
[2]鲁灰花岗岩高温遇水冷却后断裂特性研究[D]. 吕琪.中北大学 2019
[3]岩石材料真实断裂参数确定及断裂破坏预测方法[D]. 钱国双.华北水利水电大学 2018
[4]岩石动静组合加载巴西盘劈裂试验研究[D]. 邹洋.中南大学 2011
本文编号：3036723
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