本文關(guān)鍵詞：浸油條件下飽和巖體損傷斷裂機(jī)制研究

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【摘要】：巖體的損傷斷裂機(jī)制是巖體力學(xué)性能研究的重點(diǎn),關(guān)系到地下建筑物(隧道、儲(chǔ)油庫(kù)等)的長(zhǎng)期穩(wěn)定和正常使用,是現(xiàn)今地下工程研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)問(wèn)題之一。對(duì)比常見(jiàn)的地下洞室,地下水封儲(chǔ)油庫(kù)在正常運(yùn)營(yíng)期間,洞庫(kù)圍巖一直處于飽水狀態(tài),且洞室周邊飽水巖體長(zhǎng)期受到所儲(chǔ)藏油體作用,故圍巖的物理力學(xué)特性可能受到環(huán)境的影響,進(jìn)而影響了圍巖的損傷斷裂。而目前對(duì)地下水封儲(chǔ)油庫(kù)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(yīng)的試驗(yàn)依據(jù),因此應(yīng)加強(qiáng)浸油條件下飽水巖體的損傷斷裂機(jī)制研究。本文針對(duì)地下水封儲(chǔ)油庫(kù),主要從試驗(yàn)和理論模型兩個(gè)方面對(duì)浸油條件下飽水巖體的損傷斷裂機(jī)制進(jìn)行了研究,主要研究工作如下:1針對(duì)完整巖石,通過(guò)對(duì)浸油條件下飽水砂巖圓柱試件進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn),得到了飽水巖石的彈性模量、泊松比、單軸壓縮強(qiáng)度和破壞模式等宏觀(guān)性質(zhì)受環(huán)境條件的影響,在此基礎(chǔ)上分析了浸油條件對(duì)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(jié)合聲發(fā)射儀檢測(cè)得到的聲發(fā)射事件數(shù)和能量等數(shù)據(jù)對(duì)巖石的破壞進(jìn)行分析。2針對(duì)裂隙巖體,對(duì)浸油條件下含有非貫通裂隙的飽水砂巖矩形試件進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn),通過(guò)得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)、破壞后試件的特征以及加載過(guò)程中非貫通裂隙間的貫通發(fā)展過(guò)程,對(duì)比分析了浸油和未浸油兩種情況下巖板預(yù)制裂隙連接情況的差異,探討了油對(duì)含有非貫通裂隙的飽水砂巖破壞機(jī)制的影響;同時(shí)分析了裂隙傾角和裂隙布置形式的不同對(duì)含有非貫通裂隙的飽水砂巖破壞機(jī)制的影響。3基于浸油條件下飽水巖體的特性,在熱力學(xué)框架和損傷力學(xué)的基礎(chǔ)下,根據(jù)混合物理論和平均化方法推導(dǎo)得到巖體的變形功,初步分析了油-水環(huán)境對(duì)巖體變形的影響;采用雙應(yīng)力變量進(jìn)行分析,通過(guò)有效應(yīng)力原理將油水間的毛細(xì)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(jìn)一步分析了油、水的毛細(xì)作用和飽和度對(duì)巖體強(qiáng)度和剛度的影響;通過(guò)一致性條件,推導(dǎo)得到了液相和固相共同作用下的應(yīng)力應(yīng)變間增量關(guān)系表達(dá)式;同時(shí),考慮巖體拉、壓損傷狀態(tài)的不同,結(jié)合拉、壓損傷準(zhǔn)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(guò)對(duì)理論計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證了理論模型的準(zhǔn)確性。4將油-水環(huán)境下巖體損傷模型應(yīng)用于實(shí)際工程,對(duì)黃島地下水封儲(chǔ)油庫(kù)在正常運(yùn)營(yíng)期間的穩(wěn)定性進(jìn)行模擬分析,并與已有計(jì)算結(jié)果相對(duì)比,驗(yàn)證該模型的正確性與可行性。
【關(guān)鍵詞】：損傷斷裂 地下水封儲(chǔ)油庫(kù) 單軸壓縮試驗(yàn) 損傷模型 穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TU45
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 緒論10-22
• 1.1 問(wèn)題的提出及研究意義10-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-19
• 1.2.1 巖體破裂機(jī)制研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 巖體損傷本構(gòu)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.3 流固耦合研究現(xiàn)狀16-19
• 1.2.4 存在的不足19
• 1.3 研究主要內(nèi)容及技術(shù)路線(xiàn)19-21
• 1.3.1 技術(shù)路線(xiàn)19-20
• 1.3.2 研究的主要內(nèi)容20-21
• 1.4 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)21-22
• 2 浸油條件對(duì)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(chǔ)22-23
• 2.2 試件的采樣與制備23-24
• 2.3 試驗(yàn)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(shù)24-25
• 2.3.3 試驗(yàn)方法25-27
• 2.4 試驗(yàn)結(jié)果27-31
• 2.4.1 油-水環(huán)境下巖石強(qiáng)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(duì)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(yīng)變的關(guān)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(jié)36-38
• 3 含油和水條件下非貫通裂隙巖體破裂機(jī)制38-56
• 3.1 非貫通裂隙巖體破壞機(jī)制理論基礎(chǔ)38-39
• 3.2 試件的采樣與制備39-41
• 3.3 試驗(yàn)方案41-42
• 3.3.1 研究目的41
• 3.3.2 試驗(yàn)方法41-42
• 3.4 試驗(yàn)結(jié)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(yīng)力應(yīng)變關(guān)系44-47
• 3.5 含油和水條件下非貫通裂隙巖體破裂機(jī)制47-53
• 3.5.1 油對(duì)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(duì)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(duì)砂巖試樣破壞模式的影響53
• 3.6 本章小結(jié)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(xì)作用耦合機(jī)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(gòu)模型的理論框架61-74
• 4.4.1 有效應(yīng)力原理61-62
• 4.4.2 應(yīng)力狀態(tài)變量62
• 4.4.3 熱力學(xué)基礎(chǔ)62-63
• 4.4.4 巖體的彈塑性損傷本構(gòu)關(guān)系63-66
• 4.4.5 彈性增量關(guān)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(zhǔn)則及其演變法則71-74
• 4.5 油-水環(huán)境下巖體損傷本構(gòu)模型的數(shù)值實(shí)現(xiàn)74-81
• 4.5.1 本構(gòu)積分算法74-78
• 4.5.2 一致性切線(xiàn)模量78-81
• 4.6 模型驗(yàn)證81-82
• 4.7 參數(shù)敏感性分析82-84
• 4.7.1 油對(duì)巖體損傷斷裂的影響82-83
• 4.7.2 彈性模量對(duì)巖體損傷斷裂的影響83-84
• 4.7.3 泊松比對(duì)巖體損傷斷裂的影響84
• 4.8 本章小結(jié)84-86
• 5 工程應(yīng)用86-96
• 5.1 工程概況——黃島地下水封儲(chǔ)油庫(kù)86-88
• 5.2 本文模型計(jì)算結(jié)果88-94
• 5.3 與已有成果對(duì)比分析94-95
• 5.4 本章小結(jié)95-96
• 6 結(jié)論與展望96-100
• 6.1 主要結(jié)論96-97
• 6.2 后續(xù)工作及展望97-100
• 致謝100-102
• 參考文獻(xiàn)102-110
• 附錄110
• A 作者在攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目及得獎(jiǎng)情況110

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