化學腐蝕下巖石細觀損傷破裂機理及其本構(gòu)模型.pdf

1、巖石細觀力學特性和實驗的研究,特別是在化學腐蝕下巖石細觀破裂過程試驗是當前巖石力學領域的一項基礎性前沿課題,在化學腐蝕下探討巖石細觀破裂過程和力學特性的變化以及其建立損傷本構(gòu)模型具有重要的理論意義和工程實際意義.該文首先介紹了巖石細觀加載儀的顯微觀測系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)和盛水加載盒的研制和使用功能,在此基礎上,完成了花崗巖、砂巖和灰?guī)r在化學腐蝕下的單軸壓縮細觀破裂過程的實時觀測試驗,獲取了相應的裂紋破裂過程實時顯微圖片和荷載位移曲線.其次,完

2、成了在化學腐蝕下砂巖三軸壓縮CT實時掃描試驗,得到了砂巖從微裂隙被壓密到微裂紋發(fā)生、擴展到破裂各個階段的CT圖像、CT數(shù)和CT數(shù)方差數(shù)以及應力差與應變曲線.根據(jù)試驗得到的有關數(shù)據(jù),建立了巖石破裂的細觀力學分析模型,分析了巖石細觀損傷破裂機理和方式.探討了不同pH值、不同濃度以及不同化學溶液對三峽花崗巖、小浪底砂巖以及萬家寨灰?guī)r的力學特性的影響,提出了在化學腐蝕下,巖石破裂的斷裂力學模型和定量分析研究途徑,并利用能量理論建立了復雜應力狀態(tài)

3、下的巖石斷裂準則.推導出了在單軸壓縮條件下化學損傷演化變量,建立了化學損傷本構(gòu)模型,并考慮了巖石的初始密度和初始損傷以及各種不同化學溶液對其的影響,結(jié)果表明,該模型很好地描述了化學腐蝕下的巖石單軸壓縮化學損傷演化特性,與試驗值基本吻合.利用CT數(shù)和CT圖像的變化將砂巖破裂損傷演化過程劃分為4個階段.即初始壓密階段、彈性微壓密階段、微裂隙萌生階段和微裂紋擴展階段.推導出了一個新的基于化學腐蝕和CT數(shù)定義的三軸壓縮損傷演化變量,它考慮了不同