熱-水-力耦合作用下巖石損傷模型研究.pdf

1、我國是基礎設施建設和資源利用大國，諸如礦山深部開采、地下工程建設、核廢料儲存及地熱資源開發(fā)等大型工程建設普遍面臨著巖石力學方面的各種難題，其中高溫、高水壓以及高地應力是巖石工程施工中最為常見的問題。巖石在高溫、高水壓以及高地應力環(huán)境下會表現(xiàn)出不同的力學性質(zhì)，進而影響著巖石工程的設計、施工以及后期建成工程的安全使用。本文緊密圍繞溫度和水壓作用對巖石造成的損傷機理進行研究，結合損傷力學與Mohr-Coulomb破壞準則，建立巖石在熱-水-力

2、耦合作用下的損傷力學模型，并通過巖石在熱-水-力耦合作用下的三軸壓縮試驗，探討了耦合作用下巖石的力學性質(zhì)與損傷特性，同時通過試驗驗證了模型的正確性。本文主要的研究工作和結論如下：
　　(1)基于損傷的定義分別提出了熱損傷變量DT和受荷損傷變量Dm，根據(jù)應變等價原理，推導了耦合作用下巖石損傷變量間的關系，通過對巖體進行基本假設，分別對溫度作用和受荷作用下巖體損傷變量進行演化，即溫度作用下巖體損傷變量用彈性模量來表征，受荷作用下巖體損

3、傷變量通過Weibull分布確定。根據(jù)Lemaitre應變等價性理論、Mohr-Coulomb強度準則、廣義虎克定律以及Bandis模型、建立了巖石在熱-水-力耦合作用下的損傷力學模型，并對模型參數(shù)進行了確定。
　　(2)通過對不同熱處理溫度后花崗巖進行一定圍壓以及不同孔隙水壓力作用下的三軸壓縮試驗，分析了熱-水-力耦合作用下花崗巖的力學特性，試驗結果表明：一定溫度作用下的巖石，隨著孔隙水壓力的增加，巖石峰值強度逐漸降低；彈性模量

4、受孔隙水壓力的影響較小，變化幅度可忽略不計；峰值應變隨著孔隙水壓力的增加而逐漸遞減，花崗巖力學特性由延性逐漸向脆性轉變。一定孔隙水壓力作用下的巖石，隨著熱處理溫度的升高，巖石抗壓強度先升高后降低，彈性模量逐漸減小，峰值應變逐漸增加，巖石特性由脆性逐漸轉變?yōu)檠有?，分析可得花崗巖試樣溫度損傷閥值為400℃。
　　(3)通過三軸壓縮試驗，驗證了本文所建立的熱-水-力耦合作用下巖石損傷力學模型，且該模型可分別較好地描述巖石在熱-力、水-力

5、以及熱-水-力耦合作用下的應力-應變關系，能夠充分展現(xiàn)巖石初始裂紋壓密階段、彈性階段和損傷生成與擴展階段的應力-應變特征，且可以充分反映出巖石隨著外界條件的改變，其力學特性的變化情況。同時研究了花崗巖耦合作用下的損傷特性，得到在不同孔隙水壓力作用下，花崗巖損傷隨著熱處理溫度的升高而逐漸加大；不同熱處理溫度下，花崗巖受荷損傷在開始階段保持不變，后逐漸增大，且隨著軸向應變的增加，損傷變量曲線逐漸變緩；花崗巖在熱-水-力耦合作用下的總損傷受熱