【摘要】：巖石的強(qiáng)度和破壞規(guī)律是決定地下空間圍巖穩(wěn)定性、油氣資源開采方式(儲層巖石致裂方式)的關(guān)鍵因素。由于構(gòu)造作用,絕大多數(shù)深部巖石處于真三軸應(yīng)力狀態(tài)(σ_1≥σ_2≥σ_3)。因此,進(jìn)行真三軸應(yīng)力條件下巖石力學(xué)試驗具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以重慶茶園白砂巖為試驗對象,進(jìn)行了不同靜水壓力、不同Lode角的砂巖強(qiáng)度試驗,討論了不同靜水壓力條件下中間主應(yīng)力效應(yīng)對巖石強(qiáng)度的影響規(guī)律;同時,利用自主研制的適用于真三軸儀器的聲發(fā)射壓頭,初步研究了相同靜水壓力條件下不同Lode角對砂巖破壞聲發(fā)射特性的影響。獲得的主要成果如下:(1)自主開發(fā)了適用于多功能流固耦合真三軸試驗系統(tǒng)且能進(jìn)行聲發(fā)射監(jiān)測的新型壓頭。采用在真三軸普通壓頭內(nèi)嵌入聲發(fā)射模塊的方式,實(shí)現(xiàn)了真三軸試驗過程中聲發(fā)射信號的同步采集;提高了采集信噪比和試驗數(shù)據(jù)的精度,并初步實(shí)現(xiàn)了3D聲源定位。試驗結(jié)果證明,該新型壓頭可靠、有效。(2)利用多功能真三軸流固耦合試驗系統(tǒng),進(jìn)行了不同靜水壓力、不同Lode角條件下的均質(zhì)砂巖強(qiáng)度試驗,并利用本文定義的衰減系數(shù)對實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明,巖石的Lode角效應(yīng)隨著Lode角的增大不斷減弱,靜水壓力效應(yīng)也隨著靜水壓力的增大不斷減弱,同時Lode角效應(yīng)會隨著靜水壓力的增大而受到抑制作用。通過分析實(shí)驗結(jié)果,把中間主應(yīng)力效應(yīng)看作Lode角效應(yīng)和靜水壓力效應(yīng)的綜合體現(xiàn),不僅能夠規(guī)避兩種效應(yīng)的重疊部分,也能夠合理解釋巖石強(qiáng)度隨中間主應(yīng)力的增加先增加后減小的現(xiàn)象。(3)進(jìn)行了相同靜水壓力(100 MPa)、不同中間主應(yīng)力條件下砂巖破壞的聲發(fā)射信號特征試驗。通過對比聲發(fā)射事件率曲線可說明:相同靜水壓力、不同Lode角條件下砂巖的損傷破壞形式是有差異的。由于側(cè)向應(yīng)力約束不同,砂巖試件在損傷相對嚴(yán)重的情況下仍有保持更高強(qiáng)度、更高承載能力的可能性,這與不同Lode角條件引起砂巖損傷的位置、損傷方式、裂紋成核和貫通程度密切相關(guān)。通過對累計計數(shù)(Cumulative counts)和能率(Energy rate)的對比,初步了解了不同Lode角條件引起砂巖損傷的差異性、失穩(wěn)破壞前的臨界點(diǎn)狀態(tài)以及破壞時能量釋放的沖擊性(致災(zāi)傾向性)。通過對比Lode角條件下砂巖破壞的3D聲源定位和破壞后砂巖CT掃描形貌圖,提出了提高定位精度和可靠性的幾種主要方式。(4)基于IB值及RA-AF值理論,提出了一種基于聲發(fā)射技術(shù)的裂紋動態(tài)演化監(jiān)測(或檢測)圖譜。該圖譜摒棄了傳統(tǒng)方法中拘泥于對裂紋進(jìn)行模糊條件的分類定量的方法,著重于對裂紋大小和類型進(jìn)行動態(tài)的傾向性評價。并利用聲發(fā)射能量獲得了真三軸條件下砂巖的雪崩破壞規(guī)律:余震的頻率受Lode角影響小,但較為顯著的受到了主震能量區(qū)間的影響,并且主震與其最大余震的能量常用對數(shù)比近似為1。
【圖文】：

體試驗采用重慶大學(xué)多功能流固耦合真三軸試驗系統(tǒng)進(jìn)行部地下空間中巖石所處的三向主應(yīng)力不等狀態(tài)，為揭示真合物理過程中巖體的力學(xué)特征和滲透率變化規(guī)律、“加卸機(jī)理以及儲層巖石的壓裂破壞機(jī)制提供了良好的設(shè)備基礎(chǔ)壓力腔、伺服液壓系統(tǒng)、控制臺、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。系統(tǒng)可進(jìn)行單軸、側(cè)壓雙軸、常規(guī)三軸及真三軸應(yīng)力狀態(tài)試驗，并在兩個方向提供 6000 kN，一向 4000 kN 的最大載壓，可提供最大 60 MPa 流體壓力。設(shè)計有 3 種加卸載控制追蹤位移 Trace-D、追蹤位移修正 Trace-Df），可保證多軸。特殊設(shè)計的內(nèi)密封滲流系統(tǒng)配合伺服增壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了的自由滲流控制與監(jiān)測，，為了盡可能減小端部摩擦效應(yīng)，和一向柔性（剛性）的加載方式。該試驗系統(tǒng)為研究真三巖土工程穩(wěn)定性、油氣資源高效開采提供更多的可能性。

9(c) internal structure圖 2.2 聲發(fā)射壓頭細(xì)節(jié)圖Fig.2.2 Details of the TTAE表 2.1 聲發(fā)射傳感器基本參數(shù)Table 2.1 Parameters of AE sensoreter Height Material Frequency range Pressure range Temperature 4 mm ceramics 100 ─ 900 kHZ 0 ─ 60 MPa -20 ─ 15
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE31

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李地元;謝濤;李夕兵;王濤;;Mogi-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則應(yīng)用于巖石三軸卸荷破壞試驗的研究[J];科技導(dǎo)報;2015年19期

2 尹光志;李銘輝;許江;王維忠;李文璞;李星;宋真龍;鄧博知;;多功能真三軸流固耦合試驗系統(tǒng)的研制與應(yīng)用[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報;2015年12期

3 紀(jì)洪廣;盧翔;;常規(guī)三軸壓縮下花崗巖聲發(fā)射特征及其主破裂前兆信息研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報;2015年04期

4 張朝鵬;張茹;張澤天;高明忠;戴峰;;單軸受壓煤巖聲發(fā)射特征的層理效應(yīng)試驗研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報;2015年04期

5 楊志年;;鋼框架結(jié)構(gòu)中鋼筋混凝土雙向板火災(zāi)下的聲發(fā)射特性[J];河北聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2014年04期

6 馬艾陽;伍法權(quán);沙鵬;趙菲;申保川;;錦屏大理巖真三軸巖爆試驗的漸進(jìn)破壞過程研究[J];巖土力學(xué);2014年10期

7 何俊;潘結(jié)南;王安虎;;三軸循環(huán)加卸載作用下煤樣的聲發(fā)射特征[J];煤炭學(xué)報;2014年01期

8 李術(shù)才;許新驥;劉征宇;楊為民;劉斌;張霄;王者超;聶利超;李景龍;徐磊;;單軸壓縮條件下砂巖破壞全過程電阻率與聲發(fā)射響應(yīng)特征及損傷演化[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報;2014年01期

9 尹光志;秦虎;黃滾;;不同應(yīng)力路徑下含瓦斯煤巖滲流特性與聲發(fā)射特征實(shí)驗研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報;2013年07期

10 蔣明鏡;白閏平;劉靜德;周雅萍;;巖石微觀顆粒接觸特性的試驗研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報;2013年06期

本文編號：2588910