高溫作用下泥巖的損傷演化及破裂機理研究.pdf

1、隨著社會與經(jīng)濟發(fā)展對能源需求的不斷加大,與溫度有關的巖土工程問題越來越受到廣泛關注,如:地熱資源開發(fā)、核廢料處置及煤炭地下氣化等工程。溫度與地應力耦合作用下巖石力學性能的研究是解決溫度有關的巖土工程問題的基礎。本文以煤系巖層中泥巖為研究對象,借助于MTS810電液伺服材料試驗系統(tǒng)及配套的高溫環(huán)境爐、掃描電鏡、X射線衍射分析儀等試驗手段,應用損傷斷裂理論、粘彈塑性理論等,從宏觀和細觀不同尺度上,對高溫作用下泥巖的損傷演化與破裂機理進行了系

2、統(tǒng)的研究。主要工作和研究成果如下:
　　(1)系統(tǒng)測定了常溫至800℃高溫條件下泥巖試樣的全應力-應變曲線,分析得到了泥巖的彈性模量、峰值強度、峰值應變、軟化模量等隨溫度的變化規(guī)律,并給出了加載速率對泥巖力學性能的影響,揭示了泥巖隨溫度升高和加載速率增加的脆延轉化特性。
　　(2)基于泥巖試樣斷口的電鏡掃描和X射線衍射分析試驗,給出了高溫作用下泥巖試樣組分結構的變化特征、影響泥巖力學性能的組分因素、試樣斷口處裂紋的形態(tài)及發(fā)育

3、變化特征。結果表明,高溫作用下泥巖試樣的組分與物相變化是導致巖樣斷口處裂隙的擴展、閉合、晶界破裂形式差異的重要原因,從而呈現(xiàn)了不同溫度段泥巖宏觀力學性能的變化特征。有效地揭示了高溫作用下泥巖宏觀破裂特征的微觀機制。
　　(3)依據(jù)巖石損傷力學與統(tǒng)計強度理論,結合高溫作用下泥巖的力學性能,構建了考慮溫度及應變率效應的泥巖損傷演化方程和本構模型,并針對所測泥巖巖樣的力學特性,給出了相應的損傷本構方程具體參數(shù),本構模型與試驗結果具有很好