高温作用后砂岩的孔隙分形特征与岩石本构模型研究
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高温作用后砂岩的孔隙分形特征与岩石本构模型研究
作者介绍
郝家旺1,2 李庆文1 乔兰1 邓乃夫1
1．北京科技大学城市地下空间工程北京市重点实验室，北京 100083；
2．石家庄铁道大学安全工程与应急管理学院，河北 石家庄 050043
01
摘要
基于砂岩的核磁共振与力学试验，结合孔隙结构分形理论，分析了高温对砂岩力学性能的双重影响，研究了孔隙分形维数与力学参数的内在机制．结果表明：在150~300 ℃范围内，力学性能被显著强化；当温度超过450 ℃后，力学性能将会被显著弱化．砂岩内部的中孔与大孔具有显著的分形特征，其分形维数与力学参数呈负相关，微孔不具有分形特征．构建了峰后应力跌落的分段式本构模型，提出了峰后应变软化因子n的概念．研究表明，该模型能够合理反映高温作用后多孔砂岩应力应变曲线的变化特征．
02
部分图片
试验装置
高温作用后砂岩的力学曲线
砂岩孔隙的T2谱曲线
砂岩孔隙分形维数与力学参数的关系
在砂岩单轴压缩试验中传统本构模型与试验值的对比
分段式本构模型与砂岩应力应变曲线的对比
03
结论
03
结论
a．砂岩力学性能的温度效应，表现为在150~300 ℃内，力学性能被显著强化；温度超过450 ℃后，力学性能被逐渐弱化．随着温度升高，温度对砂岩内部微裂纹的影响先为闭合效应、后为拓宽效应．影响大部分微裂纹呈现闭合或张开的临界温度约在300 ℃附近．
b．高温作用后砂岩内部的微孔不具有分形特征，小孔(除了900 ℃组)、中孔与大孔具有显著的分形特征．小孔分形维数与力学参数呈负相关，较大孔径的孔隙(中孔和大孔)与力学参数呈正相关．
c．在温度效应因素下，建立了考虑峰后应力跌落与残余强度的砂岩本构模型．鉴于岩石实际峰后应力呈现“摆动式+跳跃式”的衰减过程，引入均方根误差，准确获得了合理的峰后应变软化因子．
本文内容摘自：华中科技大学学报（自然科学版）《高温作用后砂岩的孔隙分形特征与岩石本构模型研究》
DOI:10.13245/j.hust.240216
END
