断续裂隙岩体蠕变破裂试验和数值模拟研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:JAVA_Star
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随着国家经济的快速发展,各式各样的大型工程建设如雨后春笋般开展起来。断续裂隙岩体作为工程中较为常见的结构体,其复杂的力学特性尤其是流变性,大大增加了工程的难度。本文依托国家自然科学基金项目:断续裂隙岩体各向异性流变特性及微细观时效破裂机理(51309238),开展了一系列断续裂隙岩体相关的试验,包括双预置裂隙试样单轴压缩试验、多预置裂隙试样单轴压缩正交试验、多预置裂隙试样单轴压缩对照试验和多预置裂隙试样单轴蠕变试验,分析不同裂隙分布形式对试样瞬时和长时力学特性的影响,并用离散元数值模拟进行验证。主要结论如下:1.基于平行交错和共线两种特殊的双裂隙几何分布形式,开展双预置裂隙试样单轴压缩试验,研究不同裂隙分布形式对试样力学特性的影响。研究发现,预置裂隙平行交错时,随着错距的增大,试样的强度和弹性模量整体上不断增大。预置裂隙共线时,随着预置裂隙倾角变大,试样的峰值强度和弹性模量整体上不断减小,预置裂隙倾角与主应力方向夹角越小,越易发生剪切贯通破坏。2.基于预置裂隙倾角、岩桥长度、裂隙长度、裂隙间距四种不同的裂隙分布因素,开展了多预置裂隙试样单轴压缩正交试验,研究不同裂隙分布因素影响试样力学特性的敏感性;开展多预置裂隙试样单轴压缩对照试验,研究同种因素不同水平对试样力学特性的影响规律。研究发现,预置裂隙倾角对多裂隙试样强度的影响最大,裂隙长度其次,然后是岩桥长度,裂隙间距的影响最小。预置裂隙倾角对多裂隙试样弹性模量的影响最大,裂隙长度其次,然后是裂隙间距,岩桥长度的影响最小。随着裂隙倾角的增大,多预置裂隙试样的强度和弹性模量也相应变大;随着岩桥长度的增大,试样的抗压强度和弹性模量也增大;随着裂隙长度的增加,试样的抗压强度与弹性模量成减小趋势;随裂隙间距的增大,试样的抗压强度和弹性模量也逐渐增大,且抗压强度的增幅逐渐变小。3.基于上述多预置裂隙试样单轴压缩试验,开展了多预置裂隙试样单轴分级压缩蠕变试验,分析不同裂隙分布形式对试样蠕变特性的影响。研究发现,随着蠕变驱动应力比的增加,试样各级的蠕变量成指数形式y=y0+A0eR0x增长(x为蠕变驱动应力比),蠕变量与瞬时应变量的比值也成指数形式y=y0+A0eR0x增长(x为蠕变驱动应力比)。蠕变驱动应力比相同时,随着预置裂隙倾角的增大,试样各级的蠕变量增长率也逐渐增大,但蠕变量增长率的衰减速率逐渐减小,试样蠕变量与瞬时应变量的比值增长率逐渐增大,裂隙倾角越接近试样对角线方向,试样越容易出现剪切破坏,否则更易出现张拉破坏;随着预置裂隙岩桥长度的增加,试样各级的蠕变量增长率衰减速率逐渐减小,试样破坏模式逐渐由张拉破坏主导向剪切破坏主导过渡;随着预置裂隙长度的增大,试样各级蠕变量增大,试样的蠕变量与瞬时应变量的比值整体呈增大趋势,试样在破坏时产生的裂纹数量明显减少,且主要的贯通裂纹越来越短,相邻列预置裂隙之间更易产生贯通;随着预置裂隙间距的增大,试样本身的蠕变量不断减小,试样蠕变量与瞬时应变量的比值不断减小,试样明显由竖向贯通破坏为主向横向贯通破坏为主过渡。
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