卸荷变形条件下岩石渗流-应力耦合特性三轴试验研究

摘要

岩石的变形特性、力学性能、渗透规律、破坏特征等都受到开挖卸荷应力路径的影响，岩石的损伤程度、处于何种受荷状态、是否会发生破坏等均与所处的渗流场、应力场及其耦合作用密切相关。为了研究岩石在卸荷变形条件下的渗流-应力耦合特性，本文在常规三轴加载、峰值前卸载围压和峰值后卸载围压三种路径下，设置不同的围压水平、渗透压水平对砂岩系统地开展了三轴试验研究，论文主要的研究工作包括：
　　对砂岩开展在三种不同的加载路径下同一渗透压与三种围压分别耦合作用的三轴试验，着重探讨了应力-应变特征、渗透率演化规律以及它们与声发射特征、体积应变之间的对应关系。在此基础之上，进一步开展了常规三轴加载路径下和峰前卸围压路径下的渗流-应力耦合三轴试验，试验中设置了三个围压水平和三个渗透压水平，深入分析了相关的试验数据和破坏模式。
　　试验结果表明，岩石在三种不同的加载路径下，声发射特性、应力-（体积）应变曲线、渗透率演化趋势之间均表现出较好的对应关系。渗透率曲线在常规三轴加载过程中呈“S”型，在峰前卸围压路径下呈“√”型。常规三轴加载路径下声发射能量信号呈现平静、活跃、再平静的分布状态，峰值后卸载围压路径下的声发射活动表现出与常规三轴加载路径下相似的规律，峰值前卸载围压路径下在偏应力水平发展阶段的中后期出现一个明显的突跳信号。围压和渗透压会影响砂岩的脆延性、初始渗透率和三轴压缩强度以及破坏模式和破坏的难易程度。在峰值前卸载围压路径下，径向变形比轴向变形对围压的降低更敏感，岩样的变形模量随着围压的降低而不断降低，卸载围压的过程是一个岩石累积损伤材料劣化的过程。

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第1章 绪论

1.1 问题的提出

1.2 国内外研究动态

1.3 研究存在的科学问题

1.4 本文主要研究内容和技术路线

第2章 试验方案设计及岩样制作

2.1 引言

2.2 试验方案

2.3 试验设备

2.4 岩样加工

2.5 本章小结

第3章 岩样基础物理力学参数的测定

3.1 引言

3.2 基本物理力学参数测定

3.3 本章小结

第4章 三种不同加载路径下砂岩的渗流-应力耦合特性三轴试验研究

4.1 引言

4.2 应力-应变特征

4.3 应力-应变曲线与渗透率之间的关系

4.4 声发射特性、应力-应变、体积应变、渗透率间的关系

4.5 破坏模式

4.6 本章小结

第5章 常规三轴加载路径下砂岩渗流-应力耦合特性三轴试验研究

5.1 引言

5.2 围压和渗透压对岩石初始渗透率和三轴压缩强度的影响

5.3 渗透率-应变曲线与应力-应变曲线之间的关系

5.4 破坏过程中形成的压缩带对渗透演化规律的影响

5.5 体积应变与渗透率之间的关系

5.6 本章小结

第6章 峰前卸围压路径下砂岩渗流-应力耦合特性三轴试验研究

6.1 引言

6.2 应力-应变曲线与声发射特性之间的关系

6.3 峰前卸围压过程中砂岩的变形特性

6.4 峰前卸围压过程中砂岩的变形参数分析

6.5 峰值前卸载围压路径下砂岩的宏观破坏模式

6.6 渗透率、应力-应变及体积应变之间的对应关系

6.7 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果