化學(xué)腐蝕下巖石細(xì)觀損傷破裂機(jī)理及其本構(gòu)模型.pdf

1、巖石細(xì)觀力學(xué)特性和實(shí)驗(yàn)的研究,特別是在化學(xué)腐蝕下巖石細(xì)觀破裂過(guò)程試驗(yàn)是當(dāng)前巖石力學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)基礎(chǔ)性前沿課題,在化學(xué)腐蝕下探討巖石細(xì)觀破裂過(guò)程和力學(xué)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(shí)際意義.該文首先介紹了巖石細(xì)觀加載儀的顯微觀測(cè)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(chǔ)上,完成了花崗巖、砂巖和灰?guī)r在化學(xué)腐蝕下的單軸壓縮細(xì)觀破裂過(guò)程的實(shí)時(shí)觀測(cè)試驗(yàn),獲取了相應(yīng)的裂紋破裂過(guò)程實(shí)時(shí)顯微圖片和荷載位移曲線.其次,完

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

3、下的巖石斷裂準(zhǔn)則.推導(dǎo)出了在單軸壓縮條件下化學(xué)損傷演化變量,建立了化學(xué)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(xué)溶液對(duì)其的影響,結(jié)果表明,該模型很好地描述了化學(xué)腐蝕下的巖石單軸壓縮化學(xué)損傷演化特性,與試驗(yàn)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(guò)程劃分為4個(gè)階段.即初始?jí)好茈A段、彈性微壓密階段、微裂隙萌生階段和微裂紋擴(kuò)展階段.推導(dǎo)出了一個(gè)新的基于化學(xué)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