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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

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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


         


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









来源:现代石油人
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首次发布时间:2024-05-19
最近编辑:5月前
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