本文關鍵詞：浸油條件下飽和巖體損傷斷裂機制研究

  更多相關文章： 損傷斷裂 地下水封儲油庫 單軸壓縮試驗 損傷模型 穩(wěn)定性

【摘要】：巖體的損傷斷裂機制是巖體力學性能研究的重點,關系到地下建筑物(隧道、儲油庫等)的長期穩(wěn)定和正常使用,是現今地下工程研究的熱點和重點問題之一。對比常見的地下洞室,地下水封儲油庫在正常運營期間,洞庫圍巖一直處于飽水狀態(tài),且洞室周邊飽水巖體長期受到所儲藏油體作用,故圍巖的物理力學特性可能受到環(huán)境的影響,進而影響了圍巖的損傷斷裂。而目前對地下水封儲油庫的研究多采用常規(guī)的理論分析模型,未考慮油水間的相互作用,缺少相應的試驗依據,因此應加強浸油條件下飽水巖體的損傷斷裂機制研究。本文針對地下水封儲油庫,主要從試驗和理論模型兩個方面對浸油條件下飽水巖體的損傷斷裂機制進行了研究,主要研究工作如下:1針對完整巖石,通過對浸油條件下飽水砂巖圓柱試件進行單軸壓縮試驗,得到了飽水巖石的彈性模量、泊松比、單軸壓縮強度和破壞模式等宏觀性質受環(huán)境條件的影響,在此基礎上分析了浸油條件對飽水巖石損傷破壞的影響,探索了含油環(huán)境下飽水巖石的損傷演化規(guī)律,并結合聲發(fā)射儀檢測得到的聲發(fā)射事件數和能量等數據對巖石的破壞進行分析。2針對裂隙巖體,對浸油條件下含有非貫通裂隙的飽水砂巖矩形試件進行單軸壓縮試驗,通過得到的應力-應變曲線、破壞后試件的特征以及加載過程中非貫通裂隙間的貫通發(fā)展過程,對比分析了浸油和未浸油兩種情況下巖板預制裂隙連接情況的差異,探討了油對含有非貫通裂隙的飽水砂巖破壞機制的影響;同時分析了裂隙傾角和裂隙布置形式的不同對含有非貫通裂隙的飽水砂巖破壞機制的影響。3基于浸油條件下飽水巖體的特性,在熱力學框架和損傷力學的基礎下,根據混合物理論和平均化方法推導得到巖體的變形功,初步分析了油-水環(huán)境對巖體變形的影響;采用雙應力變量進行分析,通過有效應力原理將油水間的毛細作用引入到固相的彈塑性分析中,提出了一種考慮油-水條件的塑性屈服條件,進一步分析了油、水的毛細作用和飽和度對巖體強度和剛度的影響;通過一致性條件,推導得到了液相和固相共同作用下的應力應變間增量關系表達式;同時,考慮巖體拉、壓損傷狀態(tài)的不同,結合拉、壓損傷準則和損傷演化規(guī)律,建立了一種油-水環(huán)境下巖體損傷模型;通過對理論計算結果和試驗結果進行對比分析,驗證了理論模型的準確性。4將油-水環(huán)境下巖體損傷模型應用于實際工程,對黃島地下水封儲油庫在正常運營期間的穩(wěn)定性進行模擬分析,并與已有計算結果相對比,驗證該模型的正確性與可行性。
【關鍵詞】：損傷斷裂 地下水封儲油庫 單軸壓縮試驗 損傷模型 穩(wěn)定性
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU45
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 緒論10-22
• 1.1 問題的提出及研究意義10-12
• 1.2 國內外研究現狀12-19
• 1.2.1 巖體破裂機制研究現狀12-14
• 1.2.2 巖體損傷本構研究現狀14-16
• 1.2.3 流固耦合研究現狀16-19
• 1.2.4 存在的不足19
• 1.3 研究主要內容及技術路線19-21
• 1.3.1 技術路線19-20
• 1.3.2 研究的主要內容20-21
• 1.4 主要創(chuàng)新點21-22
• 2 浸油條件對巖石損傷演化的影響22-38
• 2.1 巖體材料損傷變量理論基礎22-23
• 2.2 試件的采樣與制備23-24
• 2.3 試驗方案24-27
• 2.3.1 研究目的24
• 2.3.2 試樣用油選擇及其參數24-25
• 2.3.3 試驗方法25-27
• 2.4 試驗結果27-31
• 2.4.1 油-水環(huán)境下巖石強度的變化27-29
• 2.4.2 單軸壓縮作用下砂巖巖柱的破壞特征29-31
• 2.5 油-水環(huán)境對巖石損傷演化的影響31-36
• 2.5.1 單軸壓縮作用下砂巖巖柱損傷演化分析31-32
• 2.5.2 單軸壓縮作用下砂巖巖柱損傷變量與應變的關系32-34
• 2.5.3 聲發(fā)射特征與損傷變化34-36
• 2.6 本章小結36-38
• 3 含油和水條件下非貫通裂隙巖體破裂機制38-56
• 3.1 非貫通裂隙巖體破壞機制理論基礎38-39
• 3.2 試件的采樣與制備39-41
• 3.3 試驗方案41-42
• 3.3.1 研究目的41
• 3.3.2 試驗方法41-42
• 3.4 試驗結果42-47
• 3.4.1 單軸壓縮作用下巖板的破壞特征42-44
• 3.4.2 單軸壓縮作用下砂巖試件的應力應變關系44-47
• 3.5 含油和水條件下非貫通裂隙巖體破裂機制47-53
• 3.5.1 油對非貫通裂隙砂巖試樣破壞模式的影響47-51
• 3.5.2 不同裂隙傾角對砂巖試樣破壞模式的影響51-53
• 3.5.3 不同裂隙布置形式對砂巖試樣破壞模式的影響53
• 3.6 本章小結53-56
• 4 油-水環(huán)境下巖體損傷模型56-86
• 4.1 引言56
• 4.2 油-水環(huán)境下巖體損傷-毛細作用耦合機理56-59
• 4.3 油-水環(huán)境下巖體變形功的表述59-61
• 4.4 油-水環(huán)境下巖體損傷本構模型的理論框架61-74
• 4.4.1 有效應力原理61-62
• 4.4.2 應力狀態(tài)變量62
• 4.4.3 熱力學基礎62-63
• 4.4.4 巖體的彈塑性損傷本構關系63-66
• 4.4.5 彈性增量關系66
• 4.4.6 固相的塑性變形66-69
• 4.4.7 液相的塑性變形69
• 4.4.8 一致性條件69-71
• 4.4.9 損傷準則及其演變法則71-74
• 4.5 油-水環(huán)境下巖體損傷本構模型的數值實現74-81
• 4.5.1 本構積分算法74-78
• 4.5.2 一致性切線模量78-81
• 4.6 模型驗證81-82
• 4.7 參數敏感性分析82-84
• 4.7.1 油對巖體損傷斷裂的影響82-83
• 4.7.2 彈性模量對巖體損傷斷裂的影響83-84
• 4.7.3 泊松比對巖體損傷斷裂的影響84
• 4.8 本章小結84-86
• 5 工程應用86-96
• 5.1 工程概況——黃島地下水封儲油庫86-88
• 5.2 本文模型計算結果88-94
• 5.3 與已有成果對比分析94-95
• 5.4 本章小結95-96
• 6 結論與展望96-100
• 6.1 主要結論96-97
• 6.2 后續(xù)工作及展望97-100
• 致謝100-102
• 參考文獻102-110
• 附錄110
• A 作者在攻讀碩士學位期間參加的科研項目及得獎情況110

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本文編號：617989