饱水度及围压对岩石力学特性影响的三轴实验研究

摘要

应力水平、饱水程度对岩石的力学特性如弹性模量、峰值强度、残余强度和渗透性能等的影响规律是工程围岩变形、强度和稳定性分析中的关键。为了探讨应力水平和饱水程度对岩石力学特性的影响规律，(1)从巴里坤矿取砂岩岩样，在TAW-2000三轴试验机上对不同饱水程度的砂岩岩样开展三轴实验研究，获得了不同饱水度、不同围压下砂岩岩样的全程应力应变曲线，获得了不同围压、不同饱水度下砂岩的模量、峰值强度和残余强度，分析了围压和饱水度对砂岩模量、峰值强度和残余强度的影响规律;(2)在自制的三轴渗流应力耦合实验装置上对不同饱水程度的型煤试样开展了三轴渗流实验研究，分析了围压、轴压、孔隙压和饱水度对型煤渗透性能影响规律;(3)在分析围压对岩石残余强度影响基础上，将全程应力应变曲线简化为弹、脆、塑过程，建立了考虑围压影响的岩石弹、脆、塑力学模型，在FLAC软件下利用Fish函数方法予以实现。通过研究主要获得了如下结论:
　　1)随着围压的增加，砂岩的模量随之增加，围压与模量之间近似为直线关系;随着饱水度的增加，砂岩的模量而降低，饱水度与砂岩模量之间近似服从直线或负指数函数关系;
　　2)随着饱水度的增加，砂岩峰值强度不断地下降;单轴条件下饱和砂岩的峰值强度下降了44.2％;饱水度与砂岩峰值强度之间近似服从自然对数关系;
　　3)强度退化指数可以较好地描述围压对残余强度的影响，巴里坤砂岩的强度退化指数与围压之间近似符合负指数关系;随着饱水度的增加，砂岩的残余强度降低;
　　4)随着围压的增加，饱水度对砂岩模量、峰值强度和残余强度的影响都减弱;饱水度在60％以下时，饱水度变化对模量和峰值强度的影响显著;对于残余强度，则饱水度在80％以下时影响显著;
　　5)煤样的渗透率随着围压及饱水度的增加而降低;
　　6)干燥煤样和束缚水煤样具有明显的滑脱效应，而饱水煤样的滑脱效应却消失，其渗透率随着孔隙压增加而增长。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景与研究意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 三轴实验及本构模型研究

1．2．2 水对岩石力学特性影响的研究

1．2．3 三轴渗流实验研究

1．3 本文的研究技术路线及内容

1．3．1 研究技术路线

1．3．2 研究内容

第2章 巴里坤砂岩三轴实验研究

2．1 巴里坤砂岩物理性质

2．2 岩样制备

2．3 实验设备

2．4 实验结果

2．5 实验结果分析

2．5．1 模量

2．5．2 峰值强度

2．5．3 残余强度

2．6 本章小结

第3章 煤的三轴气渗流实验研究

3．1 煤样制备

3．2 实验装置

3．3 实验方案

3．4 实验结果与分析

3．5 本章小结

第4章 岩石弹脆塑性力学模型的建立

4．1 模型描述

4．1．1 岩石单元变形特性

4．1．2 围压对岩石峰后的力学特性的影响

4．1．3 峰后塑性流动阶段力学参数的确定

4．2 数值实现

4．3 数值验证

4．4 结论

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢