峰后破裂砂岩蠕变特性研究.doc

峰后破裂砂岩蠕变特性研究深井巷道围岩稳定已成为制约深部煤炭及其他矿产资源安全开采的瓶颈,其巷道围岩典型特点为初次破裂后长期变形不止,正确揭示其长期力学特性具有重要的理论及实际应用价值。本文紧紧围绕深井巷道开挖完成后松动圈内峰后破裂围岩长期力学特性展开系统研究。以砂岩为例,开展峰后破裂岩样单、三轴蠕变试验,获得了峰后破裂岩样单、三轴蠕变力学特性,重点分析了围压对其三轴蠕变特性的影响规律,并建立了峰后破裂损伤岩样单、三轴压缩蠕变本构模型;采用颗粒流分析软件模拟峰后破裂岩样单、三轴蠕变,获得了峰后破裂岩样轴向、横向与体积蠕变规律的异同,并选择破裂岩样卸载点处合适的参数作为定量表征其峰后破裂损伤程度的损伤因子,建立了损伤因子与各蠕变参数的函数,定量的分析岩石峰后破裂损伤程度对单轴蠕变特性的影响,以及不同低围压不同损伤程度对岩石三轴蠕变特性的双重影响。本文主要研究为以下几个方面:(1)采用RMT-150B型岩石力学试验系统对完整砂岩岩样进行了单轴峰前屈服、峰后破裂完全卸载试验,制备了具有不同破裂损伤程度的峰前屈服、峰后破裂的损伤岩样;以此为研究对象,采用RLW-2000型微机伺服岩石三轴流变仪对其进行了单轴蠕变试验,研究获得了峰后破裂砂岩单轴蠕变力学特性,并建立了峰后破裂损伤岩样单轴蠕变本构模型。(2)以室内砂岩常规单、三轴压缩试验、峰后单轴蠕变试验为研究基础,采用颗粒流分析软件模拟了峰后破裂损伤岩样单轴蠕变试验,进一步分析峰后不同破裂损伤程度砂岩试样单轴蠕变特性,揭示了峰后破裂损伤岩样单轴压缩蠕变时轴向、横向与体积蠕变规律的异同;选择峰后破裂岩样合适的参数作为损伤因子,来定量表征其峰后破裂损伤程度,采用回归分析方法建立损伤因子与峰后破裂损伤岩样单轴压缩蠕变时各蠕变参数的函数,定量分析岩石峰后破裂损伤程度对其单轴蠕变力学特性的影响规律。(3)采用RMT-150B型岩石力学试验系统对完整砂岩岩样进行了单轴峰后破裂完全卸载试验,制备获取具有相同破裂损伤程度的峰后破裂损伤岩样(卸载点强度与峰值强度之比基本一致);以此为研究对象,采用TAW-2000型微机伺服岩石三轴流变仪对其进行不同低围压下三轴蠕变试验,研究获得了峰后破裂损伤岩样不同围压条件下的三轴蠕变特征,重点分析了围压对其三轴蠕变特性的影响规律,选择一维蠕变模型对三轴蠕变相应参数进行了辨识。(4)以室内砂岩瞬时力学特性与三轴蠕变试验为研究基础,采用颗粒流数值模拟软件,建立了与室内试验基本相一致的颗粒流模型,通过峰后卸载模拟试验制备出具有不同损伤程度的峰后破裂岩样,进一步开展了峰后破裂损伤岩样不同围压下的三轴蠕变力学特性颗粒流模拟研究。分析了峰后破裂损伤岩样三轴压缩蠕变时轴向、横向与体积蠕变规律的异同,分析了围压与损伤因子双重因素作用下蠕变特性的变化规律,定量分析了峰后破裂损伤程度对砂岩岩样三轴蠕变力学特性的影响规律,并揭示了整体三轴压缩蠕变过程中裂纹扩展的规律。