基于PM空間模型的巖石細觀非線性模型研究.pdf

1、本文從巖石的微細觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，充分考慮了巖石介質(zhì)微細觀結(jié)構(gòu)自身的力學和結(jié)構(gòu)特征，建立了能夠反映巖石介質(zhì)非經(jīng)典非線性特征的理論模型。該理論模型不僅能夠反映巖石準靜態(tài)的非線性力學特征，如應(yīng)力-應(yīng)變的滯回性，離散記憶等。而且能夠反映巖石動態(tài)非線性力學特征，如時頻效應(yīng)等。更突出的是它把溫度、孔隙流體等的影響也能夠容納進去。并且在細觀尺度上能夠反映出時頻效應(yīng)和溫度效應(yīng)的等效性。 本文還進行了巖石非經(jīng)典非線性力學特征的定量化研究方法的探討，包

2、括從理論模型到宏觀參量的計算和從試驗數(shù)據(jù)到模型參數(shù)的反演方法。應(yīng)用這種定量化方法，對準靜態(tài)PM空間模型進行推理、演化，得到動態(tài)，或者受其他因素影響的PM空間圖像。從新的PM空間圖像得到特定條件下巖石的宏觀力學性質(zhì)，從而將巖石的非線性特征的微細觀機理與宏觀參數(shù)緊密聯(lián)系起來。這種基于微細觀結(jié)構(gòu)的定量化方法，還將不同的影響因素在一個統(tǒng)一的框架下進行處理。這種定量化的研究方法能夠?qū)r石的非經(jīng)典非線性力學特征以及溫度和孔隙流體的影響進行很好的預(yù)測

3、。并且以這種定量化方法對巖石的時頻效應(yīng)，孔隙流體效應(yīng)以及溫度效應(yīng)等進行計算機模擬。取得了與實驗規(guī)律相一致的結(jié)果。為進一步的試驗提供了理論依據(jù)。 本文對巖石介質(zhì)的時頻效應(yīng)，溫度效應(yīng)和孔隙流體影響進行了微細觀尺度的研究。對于時頻效應(yīng)，提出了細觀遲滯單元(HMU)隨時間尺度變化的理論模型以及在循環(huán)加載過程中的自適應(yīng)調(diào)整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換概率。在此基礎(chǔ)上，對特定的時頻函數(shù)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換概率函數(shù)進行了計算機模擬。 本文對孔隙流體對巖石力學性質(zhì)

4、的影響在微細觀尺度上進行了詳細的研究。分別討論了高飽和度下孔隙流體對巖石介質(zhì)剛度的影響和低飽和度下孔隙流體對巖石微裂紋的力學性能影響。通過對宏觀試驗的非線性反演得到了受不同孔隙流體影響的巖石介質(zhì)的PM空間圖像。分析得到了了巖石介質(zhì)宏觀模量隨飽和度變化的理論規(guī)律。并對其進行了計算機模擬。 對巖石介質(zhì)的溫度效應(yīng)進行了試驗和理論的微細觀和宏觀研究分析。討論了溫度對細觀遲滯單元(HMU)的影響的機理，并將這種機理引入PM空間圖像，得到了