泥质白云岩干湿循环力学特性试验研究及其本构模型

水岩相互作用一直是研究的热点课题,水岩相互作用使岩石性质劣化,影响岩石的强度。以泥质白云岩为研究对象,进行了干湿循环作用后的单轴和三轴压缩试验,研究了不同循环作用下岩石的强度、变形等力学特性,并运用连续损伤力学和统计理论,推导出干湿循环作用下岩石的损伤统计本构模型。试验结果表明:泥质白云岩峰值强度随干湿循环次数增加而减小;泥质白云岩在单轴压缩试验中,岩石的总劣化度随干湿循环次数增大呈增大的趋势,而各阶段的劣化度和平均劣化度逐渐降低并趋于稳定;三轴压缩试验中,岩石的总劣化度随围压增加而总体呈现先减小再增加的趋势,较高次的循环对岩石的强度影响大于较高的围压作用对其影响;岩石的弹性模量随干湿循环次数的增大呈总体减小的趋势。通过对比理论曲线与试验曲线可知,本构模型能够较好地反映岩石三轴应力-应变关系,验证了该模型的合理性。     

基于可释放应变能的岩石扩容准则

针对当前扩容准则计算精度不高,且难以反映震源释放应变能对岩体扩容影响的问题,基于能量转化是物质物理过程的本质属性,通过理论分析和试验研究,从弹性应变能的角度对已有扩容准则进行了研究,并据此建立了广义扩容准则。结果表明,已有扩容准则将泊松比等于0.5看作是任意应力状态下材料扩容的前提;已有线性扩容准则未考虑中间主应力对扩容影响,且扩容应力随围压线性增加。在对扩容准则分析的基础上,从能量角度提出弹性应变能达到某一临界值时材料开始扩容,并据此建立广义扩容准则;该准则突破了材料扩容时泊松比恒为0.5的传统假设,且能反映中间主应力、弹性模量、泊松比及未知可释放应变能(或震源释放应变能等)等对岩体扩容的影响;当泊松比等于0.5时,该准则蜕化为既有扩容准则;应力水平相同时,泊松比越小,广义扩容准则计算的扩容应力越小;随中间主应力增加,广义扩容准则计算的扩容应力可能会降低。广义扩容准则为地震预报提供了理论支撑,既可计算受震源释放应变能影响的岩体是否扩容,又可计算发生扩容的岩体吸收应变能大小。三轴拉伸与三轴压缩条件下岩石扩容应力的计算表明,广义扩容准则可描述岩石的扩容特性,并分析了产生上述结果的内在机理。广义扩容准则对岩石扩容、地震预报、深部矿产资源的开采及地下工程的稳定性均具有重要意义。