论文题目: 岩石CT尺度小裂纹扩展与渗流特性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 岩土工程
作者: 曹广祝
导师: 仵彦卿
关键词: 射线,三轴试验,小裂纹起裂与扩展,破裂模型,渗流,应力应变
文献来源: 西安理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 岩石渗流与应力相互作用研究是岩土工程界、尤其是岩石力学学科研究的热点问题,而岩石渗流与应力相互作用研究的两个难点问题是:受力岩石的起裂与扩展过程、破裂过程中渗流与应力关系。在国家自然科学基金项目“三轴条件下冻融岩石损伤过程的CT三维实时观测(10172071)”的资助下,运用岩石高压三轴加载装置和自行设计的实时渗透压加载装置,对砂岩进行渗流与应力试验,并借助SOMATOM PLUS螺旋CT扫描机进行实时观测,获得了一定量的实验数据。本文重点对不同应力条件下砂岩的小裂纹起裂与扩展过程、破裂模型以及破裂过程中渗流与应力关系进行研究,获得了如下重要结论: 1)单轴压缩条件下砂岩几乎完全是弹脆性变形:三轴加渗透水压力条件下砂岩主要以塑性变形为主,而只有三轴加载条件时的变形破坏介于以上两者之间。 2)从CT数差值图像中的方差值与应力关系曲线可以直观地看出:岩石小裂纹的起裂门槛值因岩石强度差异而不同,即:软砂岩样小裂纹扩展的门槛值为岩石强度的55%,小裂纹的扩展强度占整个强度的73%。硬砂岩小裂纹扩展的门槛值为岩石强度的64.5%,小裂纹的疲劳强度占整个强度的79%;在加载的初期岩石中小裂纹的扩展速率缓慢增大,在小裂纹扩展的门槛值出现之前快速下降,小裂纹扩展的门槛值出现之后又快速增加,最后当裂纹长度达到一定值时与长裂纹扩展速率基本一致。 3)依据砂岩渗流与应力试验结果分析,提出了基于CT数的岩石空隙率公式;分析了岩石小裂纹扩展过程中空隙率、渗透速度、渗流速度、微孔隙直径、渗透率等的变化规律。结果发现:岩石的渗透参数的变化与岩石受力损伤-破裂过程密切相关,在压密阶段,岩石的空隙率、渗透速度、渗流速度、微孔隙直径、渗透率等随应力增大而减小;当岩石内部出现小裂纹后,岩石的空隙率、渗透速度、渗流速度、
论文目录:
1 绪论
1．1 岩石内部破裂过程的研究意义
1．2 岩石破裂过程的研究现状
1．2．1 裂隙渗流场与应力场
1．2．2 裂隙岩体渗流场与岩石应力损伤的关系
1．2．3 渗透水压力与裂隙扩展关系
1．2．4 裂纹缺陷的研究
1．2．5 岩石损伤和破坏模型的研究
1．2．6 研究手段概述
1．3 研究目的和研究内容
2 岩石破裂过程的理论分析
2．1 岩石中裂缝的发展过程
2．2 岩石的应力—应变关系
2．3 分析岩石破坏机理的几个基本观点
2．4 与岩石破坏有关的内部结构
2．5 本章小结
3 砂岩的应变特性及破坏模式研究
3．1 试验过程
3．2 干样砂岩单轴性质研究
3．3 干样砂岩三轴性质研究
3．4 渗透砂岩三轴性质研究
3．5 变形综合分析
3．6 残余强度变形分析
3．7 砂岩应变特性的cT分析
3．8 本章小结
4 砂岩中小裂纹的扩展过程分析
4．1 岩石小裂纹的界定
4．2 岩石小裂纹的CT观测与扩展过程分析
4．3 本章小结
5 岩石细观破裂模型研究
5．1 砂岩中裂纹尖端应力状态和强度特性
5．1．1 固体的宏观强度和理论强度
5．1．2 裂缝尖端应力场分布
5．1．3 岩石中裂缝扩展的分析
5．2 岩石裂纹尖端微裂区破裂扩展模型
5．3 模型的CT分析方法
5．4 模型计算
5．5 本章小结
6 砂岩渗透参数与正应力的关系研究
6．1 试验过程
6．2 试验结果分析
6．2．1 试验结果数据
6．2．2 空隙率的CT计算方法
6．2．3 渗流速度
6．2．4 渗透速度
6．2．5 微小管径
6．2．6 渗透率与应力的关系
6．3 本章小结
7 渗透参数随渗透水压力关系研究
7．1 试验过程
7．2 试验结果分析
7．2．1 试验结果数据
7．2．2 空隙率随渗透水压力变化规律分析
7．2．3 渗流速度与渗透速度
7．2．4 渗透微管径
7．2．5 渗透率与渗透水压力的关系
7．3 本章小结
8 研究结论
8．1 研究的基本结论
8．2 创新点
致谢
参考文献
附录
发布时间: 2005-12-23
参考文献
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