發(fā)布時(shí)間：2020-07-11 23:32

【摘要】：西部建井都要穿越大含水量的白堊系地層,該地層軟巖具有強(qiáng)度低、膠結(jié)弱的性質(zhì),在采用人工凍結(jié)法穿越該富水巖層時(shí),凍結(jié)軟巖的力學(xué)性質(zhì)直接影響到凍結(jié)井壁的穩(wěn)定性,為確保礦區(qū)的安全生產(chǎn),本次以不同低溫條件下的巖石力學(xué)試驗(yàn)為主線,結(jié)合流變力學(xué)理論和蠕變損傷理論,建立能夠反映白堊系地層人工凍結(jié)軟巖力學(xué)特性的蠕變模型,對(duì)于正確預(yù)測(cè)和有效控制建井過(guò)程凍結(jié)井壁穩(wěn)定性問(wèn)題具有重要的理論指導(dǎo)意義。本文以甘肅新莊煤礦風(fēng)立井筒凍結(jié)工程為背景,取白堊系砂質(zhì)泥巖為研究對(duì)象,在室內(nèi)進(jìn)行測(cè)試巖石的基本參數(shù)和不同低溫條件下的熱物性測(cè)試,探究了低溫條件對(duì)砂質(zhì)泥巖的熱參數(shù)影響,結(jié)果說(shuō)明低溫條件使砂質(zhì)泥巖的比熱容減小,熱擴(kuò)散系數(shù)逐漸增大。對(duì)凍結(jié)飽和砂質(zhì)泥巖開(kāi)展不同低溫條件下的抗壓強(qiáng)度測(cè)試,分析了不同低溫條件對(duì)砂質(zhì)泥巖抗壓強(qiáng)度以及彈性模量的影響,結(jié)果表明溫度越低巖石強(qiáng)度有了明顯的提高,彈性模量也在不斷增大,并給出了巖石峰值強(qiáng)度、彈性模量與溫度條件之間的關(guān)系式。通過(guò)對(duì)不同埋深的砂質(zhì)泥巖開(kāi)展不同低溫條件下的蠕變?cè)囼?yàn),得出白堊系凍結(jié)砂質(zhì)泥巖其蠕變特性較為顯著。巖石的變形是由瞬時(shí)變形和蠕變變形組成,荷載水平不斷提高初始蠕變速率增長(zhǎng),并隨時(shí)間而逐漸衰弱;圍壓增大蠕變衰減階段經(jīng)歷時(shí)間越長(zhǎng),巖石試樣延性增強(qiáng);凍結(jié)溫度越低軟巖的蠕變應(yīng)變量減小脆性增強(qiáng),對(duì)蠕變穩(wěn)定階段的蠕變速率敏感度不高,但是穩(wěn)定階段應(yīng)變發(fā)展速率有隨荷載等級(jí)的提高而增大的趨勢(shì);用非穩(wěn)定蠕變判別法對(duì)巖石試樣的長(zhǎng)期強(qiáng)度進(jìn)行確定,估算結(jié)果較為保守適用于工程使用,為瞬時(shí)破壞強(qiáng)度的50%左右。提出了彈塑性損傷體,對(duì)典型開(kāi)爾文體進(jìn)行優(yōu)化,利用Lematrie應(yīng)變等價(jià)假說(shuō)引入了損傷變量蠕變壽命tF對(duì)Kachanov所提出的損傷演化方程進(jìn)行了改進(jìn),推導(dǎo)得出能夠反映白堊系凍結(jié)砂質(zhì)泥巖蠕變?nèi)^(guò)程的損傷模型,并給出了5個(gè)參數(shù)的確定方法,最后通過(guò)蠕變曲線數(shù)據(jù)對(duì)巖石蠕變損傷模型進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果證明了本文所建立的蠕變損傷模型的可靠性,勢(shì)必對(duì)凍結(jié)井壁的穩(wěn)定性問(wèn)題提供了理論支撐。
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU45
【圖文】：

技術(shù)路線圖

直羅組、延安組砂巖孔隙、裂隙承壓水的含水層。 巖樣采集與制備.1 巖樣的采集所研究的巖樣取自甘肅新莊煤礦風(fēng)立井白堊系地層砂質(zhì)泥巖，采樣圖 3.1。參考工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB50266-2013)和《煤和巖石物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定方B/T23561.1-2009)關(guān)于采樣的相關(guān)規(guī)定，依照本文研究方案，巖樣的選取嚴(yán)格按規(guī)定進(jìn)行：提前獲取工程背景所屬地的地質(zhì)信息，熟悉采樣點(diǎn)的地層信息和水文地質(zhì)特征（2）每組試樣的選取需保證其力學(xué)特性相同。（3）為保證試驗(yàn)準(zhǔn)確性，需選取較大體積的試樣，且表面無(wú)顯著裂縫。（4）根據(jù)試驗(yàn)中所需試樣的個(gè)數(shù)，預(yù)估所需采集的巖樣。（5）巖樣在運(yùn)輸途中，需用對(duì)層泡沫填實(shí)防止振動(dòng)對(duì)巖石結(jié)構(gòu)引起的破壞。為確保試驗(yàn)精確性，在取樣時(shí)用保鮮膜密封以減少水分丟失，進(jìn)一步分類，記的性質(zhì)、埋深、日期等詳細(xì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，而后運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢谩?

樣；（5）如圖 3.2（d）所示，選取符合標(biāo)準(zhǔn)的巖樣依次標(biāo)號(hào)，按照要求測(cè)量 2 次巖樣度及直徑，并取 2 次測(cè)值的均值為最終結(jié)果。由于風(fēng)立井在穿越富水巖層時(shí)采用凍結(jié)法施工，因此對(duì)于鉆取好的試樣全部進(jìn)行空，再全部進(jìn)行飽和，對(duì)篩選好的試件進(jìn)行編號(hào)，編號(hào) X-Y 所表示的意思為：字母表三種不同溫度常溫（20℃、-5℃，-10℃，-20℃）；字母 Y 代表 4 種不同圍壓條Pa，6MPa，8MPa，10MPa。詳見(jiàn)表 3.2。(a) 巖樣鉆取 (b) 切割前巖樣

【參考文獻(xiàn)】

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1 張龍?jiān)?張強(qiáng)勇;李術(shù)才;江力宇;袁圣渤;楊尚陽(yáng);楊文東;;硬脆性巖石卸荷流變?cè)囼?yàn)及長(zhǎng)期強(qiáng)度研究[J];煤炭學(xué)報(bào);2015年10期

2 王俊;謝凌志;謝和平;李存寶;;風(fēng)城油砂三軸力學(xué)特性及其本構(gòu)模型研究[J];四川大學(xué)學(xué)報(bào)(工程科學(xué)版);2015年05期

3 胡波;王宗林;梁冰;李剛;王俊光;陳宮;;巖石蠕變特性試驗(yàn)研究[J];實(shí)驗(yàn)力學(xué);2015年04期

4 宋勇軍;雷勝友;鄒

本文編號(hào)：2751088