熱-水-力耦合作用下巖石損傷模型研究.pdf

1、我國(guó)是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和資源利用大國(guó)，諸如礦山深部開(kāi)采、地下工程建設(shè)、核廢料儲(chǔ)存及地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)等大型工程建設(shè)普遍面臨著巖石力學(xué)方面的各種難題，其中高溫、高水壓以及高地應(yīng)力是巖石工程施工中最為常見(jiàn)的問(wèn)題。巖石在高溫、高水壓以及高地應(yīng)力環(huán)境下會(huì)表現(xiàn)出不同的力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而影響著巖石工程的設(shè)計(jì)、施工以及后期建成工程的安全使用。本文緊密?chē)@溫度和水壓作用對(duì)巖石造成的損傷機(jī)理進(jìn)行研究，結(jié)合損傷力學(xué)與Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則，建立巖石在熱-水-力

2、耦合作用下的損傷力學(xué)模型，并通過(guò)巖石在熱-水-力耦合作用下的三軸壓縮試驗(yàn)，探討了耦合作用下巖石的力學(xué)性質(zhì)與損傷特性，同時(shí)通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了模型的正確性。本文主要的研究工作和結(jié)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(yīng)變等價(jià)原理，推導(dǎo)了耦合作用下巖石損傷變量間的關(guān)系，通過(guò)對(duì)巖體進(jìn)行基本假設(shè)，分別對(duì)溫度作用和受荷作用下巖體損傷變量進(jìn)行演化，即溫度作用下巖體損傷變量用彈性模量來(lái)表征，受荷作用下巖體損

3、傷變量通過(guò)Weibull分布確定。根據(jù)Lemaitre應(yīng)變等價(jià)性理論、Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)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(xué)模型，并對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行了確定。
　　(2)通過(guò)對(duì)不同熱處理溫度后花崗巖進(jìn)行一定圍壓以及不同孔隙水壓力作用下的三軸壓縮試驗(yàn)，分析了熱-水-力耦合作用下花崗巖的力學(xué)特性，試驗(yàn)結(jié)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(qiáng)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(jì)；峰值應(yīng)變隨著孔隙水壓力的增加而逐漸遞減，花崗巖力學(xué)特性由延性逐漸向脆性轉(zhuǎn)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(qiáng)度先升高后降低，彈性模量逐漸減小，峰值應(yīng)變逐漸增加，巖石特性由脆性逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檠有?，分析可得花崗巖試樣溫度損傷閥值為400℃。
　　(3)通過(guò)三軸壓縮試驗(yàn)，驗(yàn)證了本文所建立的熱-水-力耦合作用下巖石損傷力學(xué)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(yīng)力-應(yīng)變關(guān)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(kuò)展階段的應(yīng)力-應(yīng)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(xué)特性的變化情況。同時(shí)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(kāi)始階段保持不變，后逐漸增大，且隨著軸向應(yīng)變的增加，損傷變量曲線(xiàn)逐漸變緩；花崗巖在熱-水-力耦合作用下的總損傷受熱