高水力条件下深部砂岩的强度与储能交互特征

摘要

为了研究围压和孔隙水压对深部砂岩强度特征、储能状态和峰值破坏时能量释放烈度的影响规律,开展一系列水力耦合条件下的三轴压缩试验.通过分析岩石变形破坏过程,获得其应力阈值.利用图形积分方法获得深部砂岩在峰前阶段总能量密度、弹性能量密度、耗散能量密度的变化趋势.对比不同围压下岩石的动态储能水平,分析孔隙水压对岩石闭合应力、起裂应力、损伤应力、峰值应力等应力阈值处能量耗散的影响.基于峰前、后总能量密度的比值,研究围压与孔隙水压对深部砂岩岩爆倾向性的相互作用机理.实验结果表明,砂岩峰值应力随着围压的增加而增加,而孔隙水压的存在可以削弱砂岩的峰值应力.在自闭合应力至峰值应力间的应力阶段,岩石的动态储能水平呈现出反"对勾"的演化趋势.同时随着围压的增加,动态储能水平上升.然而,孔隙水压增大岩石的能量耗散程度,降低岩石的储能能力,耗散程度与孔隙水压呈线性关系.围压的增大加剧深部砂岩的失稳破坏现象,而孔隙水压具有相反作用.研究成果将为高应力、高孔隙水压下砂岩地层工程岩体开挖稳定性分析提供有力的数据支撑.