化学效应下的砂岩蠕变机理

为研究长期处在外界复杂的化学环境中砂岩变形机理,针对长期处在外界环境中的砂岩发生的蠕变具有化学效应这一事实,通过室内试验数据分析,采用Kelvin体流变模型建立了的蠕变方程,利用泰勒级数建立了蠕变方程中参数与化学因子的拟合多项式,利用基于搜索模式的最小二乘原理(LSMPS)求得了具有化学效应蠕变方程力学参数的最优解;并且分析了化学效应随时间对砂岩蠕变作用机理.结果表明:化学效应对砂岩颗粒间的作用既有水的软化又有离子吸附与化学反应的结论,对岩土工程在自然环境中的安全使用提供了理论依据.     

基于损伤力学的砂岩蠕变模型研究与参数辨识

在Burgers模型的基础上,应用损伤力学的原理,通过引入3种不同的损伤变量演化规律,建立了改进Kachanov蠕变损伤模型、应变控制蠕变损伤模型和统计损伤模型,模拟向家坝砂岩三轴蠕变试验,并进行模型参数辨识及参数敏感性分析.3种蠕变损伤本构模型都能够较好地模拟蠕变全过程曲线,且各模型对曲线的模拟有着各自的特点.对比分析各个蠕变损伤模型,说明了提出的3种蠕变损伤本构模型都能够很好地反映砂岩的流变特性,但相比而言统计蠕变损伤模型更具有优势.本文研究为岩石工程的长期稳定性分析提供了理论参考.     

软土蠕变-固结的耦合效应研究评述

根据软土蠕变和固结的理论,对其耦合效应的研究现状做了综述,其中也简要论述了土的蠕变特性、土体流变本构模型、土的固结理论等方面的内容,最后对于进一步的研究提出了一些基本思路．     

高温下砂岩稳态蠕变规律的实验研究

在阶梯加载条件下对紫篷山砂岩进行了高温单轴压缩蠕变实验,利用参数变动法对砂岩稳态蠕变律常数进行了测定,同时,也对砂岩的稳态蠕变阶段进行了初步的研究。实验过程及结果表明,在实验的温压范围,即σ=8.6~77.8 MPa,T=20~500℃下,砂岩稳态蠕变率在10-10~10-9s-1之间,其随着温度和应力的增大而增大。温度越高,压力越大,砂岩的蠕变就越早进入稳态蠕变阶段。对砂岩稳态蠕变律常数的测定结果表明,在实验的温压范围内,应力指数n值表现出两段直线关系:应力σ在8.6~25.9 MPa之间时,应力指数n值在0.26~0.43之间;应力σ在25.9~77.8 MPa之间时,应力指数n值在0.61~0.82之间。应力指数n值有随着σ值的增大而增大的趋势。蠕变激活能QC值在0.05~3.796 k J/mol之间。当T在20~100℃之间时,T对QC的影响小。综合分析表明,在实验温压范围内,利用参数变动法对砂岩的蠕变激活能QC值进行测定有较大误差。在结构常数A的测定方面,ln A值均呈现负值,在-19.91~-14.59之间,这表明在实验的温压范围内,砂岩的微观结构、组分对稳态蠕变速率的影响是很小的。ln A值也存在着类似于应力指数n值的分段现象,表明了应力σ越大,砂岩的微观结构、组分对稳态蠕变速率的影响是越大。此外还对砂岩的弹性模量E进行了初步的研究。研究发现,弹性模量E随着应力的增大而增大,随着温度的增大而减小。     

非饱和泥质粉砂岩蠕变特性及其模型

以南宁第三系泥质粉砂软岩为研究对象,开展非饱和三轴压缩蠕变试验,分析含水率对岩石蠕变特性的影响;再在既有五元件蠕变模型中,引入非线性黏塑性元件,构建泥质粉砂岩的七元件非饱和压缩蠕变模型,分析相关蠕变参数的变化规律。结果表明,随着含水率增加,泥质粉砂岩的蠕变变形和蠕变速率显著增加,且蠕变长期强度明显降低,表明水对泥质粉砂岩蠕变变形影响显著;新建七元件模型较好地拟合了非饱和泥质粉砂岩全过程蠕变曲线。     

可蠕变砂岩地层井壁稳定性研究

砂岩地层钻井可能出现缩径,严重威胁钻井安全,有必要研究砂岩蠕变性质,为钻井提供安全保障。使用MTS刚性实验机测定偏应力15MPa~35MPa下的黄流组砂岩岩心轴向应变,得出砂岩岩心存在临界蠕变应力。研究了砂岩不同蠕变阶段的蠕变机理,通过测定砂岩横波波速及长期强度确定了其稳态蠕变与加速蠕变临界应力。使用西原模型拟合了砂岩蠕变应变,计算了使用不同密度钻井液时黄流组砂岩地层安全钻井周期。研究结果可用于指导蠕变性砂岩地层安全钻井及钻井液密度设计。     

考虑含水劣化的泥质粉砂岩单轴蠕变特性研究

基于不同含水状态下T2b2泥质粉砂岩蠕变特性的试验研究结果,建立蠕变模量与含水率之间的数学关系式,表明含水率越大蠕变模量越小.将岩石的含水损伤定义为瞬间弹性损伤和长期蠕变损伤,结合试验结果确立了损伤变量和损伤演化方程,并基于泥质粉砂岩非线性蠕变方程建立了可考虑含水损伤的岩石蠕变模型.针对含水率恒定与变化两种情况下的理论和试验结果分别进行了对比分析,结果表明:①含水率恒定情况下,理论曲线和实验曲线的变化趋势是一致的;②变含水率情况下,理论曲线是介于饱和状态和干燥状态蠕变曲线之间的一种特殊曲线,不同吸水速率对应的瞬间弹性应变与干燥状态相等;吸水速率越大,初始蠕变速率越大,蠕变应变量也越大;吸水速率越小,岩石进入稳定蠕变阶段所需时间越长.     

珠三角地区典型软土蠕变特性的尺寸效应研究

以珠三角地区典型的淤泥质软土为研究对象,利用室内三轴蠕变试验系统,开展了直径为39.1 mm、高80 mm和直径为61.8 mm、高125 mm的两种不同尺寸试样的不排水三轴蠕变试验.试验结果表明,当围压较低(≤100 kPa)时,试样尺寸对软土流变特性的影响不明显;当围压超过某一水平(≥150 kPa)时,试样尺寸对...     

砂岩蠕变特性试验及三维非线性力学模型研究

为了描述岩石的蠕变力学行为,开展不同围压条件下的砂岩三轴压缩蠕变试验。研究表明：岩石稳定蠕变阶段是岩石微裂纹不断发育和扩展的过程,稳态蠕变速率与围压呈幂函数增长关系;砂岩在围压5 MPa、10 MPa和15 MPa下的长期强度分别为19.8 MPa、22.3 MPa和24.7 MPa,长期强度随围压的增强而递增。基于岩石蠕变的非线性特征,定义了一个与围压相关的黏弹性模量E（p）,经过推导变换得到了可反映岩石蠕变受时间和围压影响的E（p,t）,应用于改进后的Burgers模型,从而得到新的一维蠕变本构模型。将其拓展到三维应力状态,得到新的三维非线性力学模型,识别蠕变试验数据,对比分析预测效果,证明所建模型的可行性和合理性。研究成果为岩石三维应力状态下蠕变行为模拟提供一定参考。     

大埋深隧洞泥质粉砂岩的三轴蠕变试验与理论分析

为揭示滇中引水工程香炉山隧洞围岩的非线性蠕变力学特性,对大埋深香炉山隧洞深度1 km处T3sn泥质粉砂岩开展室内三轴蠕变试验,根据试验结果分析不同应力水平下岩样轴向应变随时间的变化规律.通过对试验曲线进行模型辨识,引入开关元件,并与Burgers模型结合形成修正的Burgers模型,将修正的Burgers模型与新提出的...     

高围压高孔隙水压作用下岩石蠕变特性

对重庆某地深部砂岩进行高围压和高孔隙水压作用下分级加载蠕变试验。结果表明:加载初期的一较短时间内,孔隙水压力在一定程度上延缓轴向变形,随后整个加载过程表现为增强岩石轴向变形。相同围压下,有孔隙水压和无孔隙水压时岩石蠕变可能存在一个相同的应力强度比阀值,当应力强度比超过该阀值后便会出现加速蠕变破坏。选取三元件广义Kelvin模型描述高围压高孔隙水压作用下加载应力低于屈服应力σs时的岩石蠕变特性,效果较为理想。基于高围压高孔隙水压作用下砂岩加速蠕变试验曲线特性,采用拟合、类比的方法引入一个二元件黏塑性模型,将其与三元件广义Kelvin模型串联组成一个新的可以描述岩石加速蠕变全过程的非线性黏弹塑性蠕变模型。采用基于Quasi-Newton非线性优化算法(BFGS)的Matlab编程,实现对高围压高孔隙水作用下岩石加速蠕变全过程曲线进行辨识,对比试验曲线和模型拟合曲线,二者吻合较好,验证非线性黏弹塑性模型的正确性。     

高地应力-化学侵蚀耦合作用下炭质板岩蠕变试验及非线性蠕变损伤模型

为克服高程障碍并降低施工风险,可采用长大隧道穿越崇山峻岭,但这些隧道往往处于深埋高地应力环境,并受到化学侵蚀影响。为了解决此问题,以丽江—香格里拉炭质板岩大变形隧道为研究对象,采用室内试验和理论推导,研究深埋炭质板岩隧道受化学侵蚀作用下的围岩变形特性。在Poyting-Thomson体蠕变体的基础上,根据模型元件的力学特性,叠加了损伤元件、化学损伤元件和非线性元件,提出高地应力-化学侵蚀耦合作用下炭质板岩非线性蠕变损伤本构关系。研究结果表明：1)炭质板岩试样受化学侵蚀影响显著,侵蚀90 d试样所产生的轴向蠕变应变为侵蚀0 d试样的2.02倍,侵蚀60 d试样所产生的径向蠕变为侵蚀0 d试样的1.85倍;2)受侵蚀的炭质板岩试样在三轴压缩状态下破裂以斜向贯通裂隙为主,并产生一定的滑移错动裂隙,且沿轴线的拉伸劈裂破坏受围压作用抑制明显,未产生竖向贯通裂隙。     

化学腐蚀下砂岩三轴压缩力学效应的试验

利用CT识别技术对化学腐蚀下的砂岩进行了三轴加载全过程的即时扫描试验 ,探讨了不同 pH值和不同化学溶液对砂岩强度的腐蚀影响 ,给出了砂岩应力应变曲线·实验结果表明 ,不同的环境对砂岩力学特性的影响是不同的 ,而且化学溶液酸性越强或碱性越强对砂岩的腐蚀性越大 ,所以 ,化学腐蚀是影响岩石力学特性的主要因素之一·该研究为分析砂岩损伤扩展的细观机理和损伤本构模型的建立提供了重要基础 ,为更准确地评估和计算坝基、边坡、隧道等众多与水相关的岩石工程的安全性和稳定性提供有效的技术参数 ,具有重要的工程意义     

砂岩地层井壁稳定性分析

南海某油田深部地层砂岩存在因蠕变导致的缩径现象,有必要分析该油田砂岩地层蠕变性质,为砂岩地层安全钻井提供借鉴。使用某油田深部地层砂岩岩心进行室内蠕变实验,测定不同差应力下岩心蠕变率。使用西原模型拟合了实验结果,拟合精度较高,并计算了某油田砂岩缩径井段安全钻井周期。计算结果表明,提高钻井液密度可大幅提高安全钻井周期,也可采用定期起下钻、下套管封固缩径井段等工程措施阻止或减缓砂岩蠕变。     

砂岩地层井壁稳定性分析

 南海某油田深部地层砂岩存在因蠕变导致的缩径现象,有必要分析该油田砂岩地层蠕变性质,为砂岩地层安全钻井提供借鉴。使用某油田深部地层砂岩岩心进行室内蠕变实验,测定不同差应力下岩心蠕变率。使用西原模型拟合了实验结果,拟合精度较高,并计算了某油田砂岩缩径井段安全钻井周期。计算结果表明,提高钻井液密度可大幅提高安全钻井周期,也可采用定期起下钻、下套管封固缩径井段等工程措施阻止或减缓砂岩蠕变。     

锚桩支护条件下深基坑蠕变变形的时空效应分析

深基坑在开挖及支护完成后,由于土体的蠕变特性,变形依然呈少量增加,变形的时空效应在锚桩支护条件下的深基坑工程的实践中表现明显.监测资料数据显示,作为研究对象的基坑边坡中部变形最大,通过非线性回归分析,预测其稳定临界值,得出变形值随着时间仍有一定的增长,表明基坑在开挖结束后的蠕变变形不容忽视.而分段施工及分部位加固支护是时空效应现象在深基坑实际工程中应用的有效措施.     

基于修正西原模型与Lade-Duncan准则的隧道围岩蠕变效应研究

为探究软岩隧道围岩变形的蠕变时效性,采用非定常黏滞体对西原模型进行修正。基于Lade-Duncan准则,分析了围岩黏弹性和塑性阶段隧道围岩变形过程,推导得到了隧道围岩黏弹塑性解。以某高速公路隧道为工程研究对象,计算了蠕变时效过程的围岩位移值;并通过现场拱顶沉降监测的方法,实测了隧道围岩的蠕变变形,通过对比理论计算值与现场实测值,验证了理论计算的准确性。理论计算显示,当t=0时,隧道围岩将发生蠕变现象,此时围岩位移值为17.890 mm;当t为常数时,围岩位移随着时间的变化逐渐增大;当t=∞时围岩发生充分蠕变,围岩位移达到极值为26.451 mm。现场监测结果显示,围岩变形第一次稳定拱顶累计变形为19.1 mm,此后进入蠕变阶段,达到第二次稳定拱顶累计变形为29.3 mm。初始蠕变变形的理论计算与实际监测结果之间的误差为6.76%,最终蠕变变形的理论计算与实际监测结果之间的误差为10.77%,两者误差较小,反映了理论计算具有较高的准确度。在理论层面,考虑蠕变效应后围岩变形增加了47.85%;在实际层面,考虑蠕变效应后围岩变形增加了53.4%,皆反映了蠕变效应举足轻重的作用。由此可见,对于软岩隧道在进行支护设计时,必须考虑蠕变效应,避免因后期围岩蠕变效应导致初支失效进而影响隧道的整体稳定性。     

地下水的化学淋滤对砂岩强度的影响

本文通过对成渝铁路沿线红色砂岩的调查研究,应用实验分析手段研究地下水淋滤作用对砂岩强度的影响,并得出淋滤率与砂岩强度的关系式,为红层边坡的稳定性评价提供了依据。