【摘要】：甲烷水合物沉積物的力學(xué)特性研究尚處于起步階段,較系統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)仍然不夠充分,能夠描述甲烷水合物沉積物力學(xué)特性的本構(gòu)模型也不多.基于熱力學(xué)原理和臨界狀態(tài)的概念的本構(gòu)模型,可以自動(dòng)滿足熱力學(xué)定律,其流動(dòng)法則和屈服函數(shù)都可以很自然地從耗散函數(shù)中導(dǎo)出.首先介紹了基于熱力學(xué)方法的甲烷水合物沉積物本構(gòu)模型,并利用已有的甲烷水合物沉積物的三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證,進(jìn)一步地應(yīng)用該模型分析應(yīng)力間距比對(duì)甲烷水合物沉積物力學(xué)特性的影響,強(qiáng)調(diào)應(yīng)力間距比和屈服面形狀在模型構(gòu)造中的重要性.模型參數(shù)分析表明,應(yīng)力間距比對(duì)甲烷水合物沉積物排水和不排水應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、有效應(yīng)力路徑以及剪脹關(guān)系都有明顯的影響.
【圖文】：

代入式（１）得（ｐ′－ρ′）２Ａ２＋ｑ２Ｂ２＝１（４）由式（２）和（３）得到剪脹關(guān)系：Ｄ＝ｄεｐｖｄεｐｓ＝（ｐ′－ρ′）Ｂ２ｑＡ２（５）當(dāng)ｐ′＜ρ′時(shí)發(fā)生剪脹，當(dāng)ｐ′＞ρ′時(shí)發(fā)生剪縮，因此ρ′對(duì)于構(gòu)造剪脹關(guān)系尤為重要．１．２硬化規(guī)律水合物飽和度和密度的增大會(huì)提高體變相關(guān)的屈服應(yīng)力．本模型引用了Ｕｃｈｉｄａ等［１４］的兩個(gè)硬化參數(shù)ｐ′ｃｃ和ｐ′ｃｄ，如圖１所示，二者分別用來(lái)描述黏聚力提高以及對(duì)剪脹行為的影響．ｐ′ｃｓ用來(lái)描述密度的影響．通常認(rèn)為平均背應(yīng)力是屈服面與臨界狀態(tài)線的交點(diǎn)，為了保證屈服面的凸性，該應(yīng)力是從－ｐ′ｃｃ到ｐ′ｃｃ＋ｐ′ｃｄ＋ｐ′ｃｓ間的一個(gè)插值點(diǎn)，因此，平均背應(yīng)力ρ′可以通過(guò)式（６）進(jìn)行描述，插值比為γ．ρ′＝１２γ（ｐ′ｃｃ＋ｐ′ｃｄ＋ｐ′ｃｓ）（－１－γ）２ｐ′ｃｃ（６）這里的γ是與應(yīng)力間距比相關(guān)的參數(shù)，它是屈服面與臨界狀態(tài)線的交點(diǎn)處的平均有效應(yīng)力和屈服面與ｐ′軸交點(diǎn)處的平均有效應(yīng)力的比．大小取決于土的性質(zhì)，黏土在低圍壓條件下γ＝１，屈服面呈橢圓形，而砂土γ往往不等于１，γ的大小決定了屈服面干面與濕面的比例．所謂的屈服面干面就是指當(dāng)應(yīng)力狀態(tài)落到該位置處，土體呈現(xiàn)剪脹特性，而濕面所對(duì)應(yīng)的是剪縮特性．先期固結(jié)壓力表述為體積塑性應(yīng)變的函數(shù)：ｄｐ′ｃｓ＝νｐ′ｃｓλ－κｄεｐｖ（７）其中λ是正常壓縮曲線的斜率，κ是

（ａ）與Ｈｙｏｄｏ等三軸應(yīng)力－應(yīng)變?cè)囼?yàn)曲線對(duì)比（ｂ）與Ｈｙｏｄｏ等剪脹曲線對(duì)比（ｃ）與Ｍａｓｕｉ等三軸應(yīng)力－應(yīng)變?cè)囼?yàn)曲線對(duì)比（ｄ）與Ｍａｓｕｉ等剪脹曲線對(duì)比圖２排水三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比Ｆｉｇ．２Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｗｉｔｈｄｒａｉｎｅｄｔｒｉａｘｉａｌｔｅｓｔｓｄａｔａ３模型分析屈服面的形狀通常不是一個(gè)橢圓，尤其是對(duì)于砂土，而屈服面的形狀對(duì)模擬應(yīng)力－應(yīng)變曲線、剪脹曲線以及不排水應(yīng)力路徑都有很大的影響，而決定屈服面形狀和大小的主要因素是應(yīng)力間距比．很多情況下，即使強(qiáng)度參數(shù)相同，由于應(yīng)力間距比的不同也會(huì)引起模擬的較大差異．本文主要研究?jī)蓚�(gè)應(yīng)力間距比相關(guān)的參數(shù)α和γ對(duì)屈服面的影響．γ與屈服面和臨界狀態(tài)線的交點(diǎn)處的橫坐標(biāo)及屈服面對(duì)應(yīng)的硬化參數(shù)ｐ′ｃｃ＋ｐ′ｃｄ＋ｐ′ｃｓ之比相關(guān)，而α與屈服面上臨界狀態(tài)偏應(yīng)力和屈服面上最大偏應(yīng)力之比相關(guān)．由圖３可見(jiàn)，隨著γ的增大，屈服面面積不斷地增大，其形狀也會(huì)發(fā)生變化，γ越大干面與濕面面積之比就越大，也就是說(shuō)干面會(huì)占更大的比例，沉積物發(fā)生剪脹的概率也就越高．表現(xiàn)在其對(duì)應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系曲線以及剪脹曲線的影響上，如圖４和５所示．隨著γ的增加，可以看出軟化現(xiàn)象更加明顯，體積膨脹更加顯著，進(jìn)一步地可以看出，當(dāng)γ＝０．５時(shí)，水合物沉積物表現(xiàn)為體縮特性，這是圖３參數(shù)γ對(duì)屈服面形狀和大小的影響Ｆｉｇ．３Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆγｏｎｔｈｅｓｈａｐｅａｎｄｓｉｚｅｏｆｙｉｅｌｄｓｕｒｆａｃｅｓ圖４參數(shù)γ對(duì)應(yīng)力－應(yīng)變曲線的影響Ｆｉｇ．４Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆγ

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 雷懷彥;官寶聰;龔承林;劉建輝;黃磊;;海底甲烷水合物溶解和分解辨析及其地質(zhì)意義[J];天然氣地球科學(xué);2007年04期

2 展靜;吳青柏;王英梅;;冰點(diǎn)以下不同粒徑冰顆粒形成甲烷水合物的實(shí)驗(yàn)[J];天然氣工業(yè);2009年06期

3 孫中明;張劍;劉昌嶺;趙仕俊;業(yè)渝光;;沉積物中甲烷水合物飽和度測(cè)定及其力學(xué)特性研究[J];實(shí)驗(yàn)力學(xué);2013年06期

4 羅承先;;世界甲烷水合物研究開發(fā)現(xiàn)狀[J];當(dāng)代石油石化;2013年12期

5 伍向陽(yáng);段體玉;楊偉;孫檣;;不同壓力下Ⅰ型甲烷水合物拉曼光譜[J];巖石學(xué)報(bào);2008年01期

6 許維秀;;甲烷水合物熱穩(wěn)定性的影響因素研究[J];荊門職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2008年03期

7 王英梅;吳青柏;張鵬;展靜;蔣觀利;;冰點(diǎn)以下甲烷水合物等壓分解實(shí)驗(yàn)研究[J];天然氣地球科學(xué);2009年02期

8 宋永臣;黃興;劉瑜;楊明軍;;含甲烷水合物多孔介質(zhì)滲透性的實(shí)驗(yàn)研究[J];熱科學(xué)與技術(shù);2010年01期

9 孟慶國(guó);劉昌嶺;業(yè)渝光;夏寧;;甲烷水合物分解過(guò)程原位激光拉曼光譜觀測(cè)[J];天然氣工業(yè);2010年06期

10 劉鋒;吳時(shí)國(guó);董冬冬;;南海沉積物中甲烷水合物的實(shí)驗(yàn)研究[J];海洋科學(xué)集刊;2010年00期

相關(guān)會(huì)議論文 前5條

1 吳保祥;段毅;雷懷彥;張輝;;水+沉積物體系中甲烷水合物的填充率[A];第十屆全國(guó)有機(jī)地球化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要匯編[C];2005年

2 承峰;劉昌嶺;孟慶國(guó);;基于顯微拉曼光譜的甲烷水合物生長(zhǎng)過(guò)程研究[A];第十七屆全國(guó)光散射學(xué)術(shù)會(huì)議摘要文集[C];2013年

3 彭超;耿建華;;海洋甲烷水合物形成動(dòng)力過(guò)程模擬方程及計(jì)算方法[A];中國(guó)地球物理第二十一屆年會(huì)論文集[C];2005年

4 吳保祥;雷懷彥;段毅;張輝;;沉積物體系中甲烷水合物平衡P-T條件實(shí)驗(yàn)?zāi)M[A];第十屆全國(guó)有機(jī)地球化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要匯編[C];2005年

5 張毅;何麗娟;徐行;汪集e，

本文編號(hào)：2564132