高温后砂岩流变力学特性及渗透演化规律研究

发布时间：2025-06-04 02:19

　　深部地下资源开采和空间利用,诸如煤炭和金属矿物资源开采、地热能开采、核废料地下处置和地下煤气化等工程逐渐成为采矿和岩土工程领域的研究热点和难点。目前主要面临的巨大挑战来自于深部高地应力、高温环境以及不连续结构面对岩石工程长期稳定性以及渗透性的影响。因此,探究这些因素对岩石的长期力学行为的影响规律和内在机制具有十分重要的理论价值和实践意义,故而有必要开展高应力、高温和裂隙对岩石流变力学特性和渗透性影响的基础研究。此外,基于试验规律的数值模拟和理论模型为预测岩石工程长期稳定性提供了巨大便利。鉴于此,本文采用室内试验研究、数值模拟和理论分析的手段对高温作用后砂岩和含不同倾角初始裂隙砂岩的流变力学特性以及流变过程中渗透率的演化特征进行了研究。建立了考虑温度和裂隙倾角影响的非线性弹-粘-塑性流变损伤模型,基于孔隙度和应力与渗透率的理论模型建立了流变-渗透率关系,最后基于试验结果对提出的理论模型进行了验证。主要研究内容和成果如下:(1)对不同高温作用后的砂岩进行了拉伸强度、断裂韧度、单轴和三轴压缩强度及渗透率测试试验,分析了高温对砂岩基本变形和强度参数以及破坏模式的影响规律并得到了定量关系,从微观结...

【文章页数】：205 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1我国2014年地热资源利用比例[6]

艽⒋?在地球内部，在传递到地壳表面的过程形成地温梯度，如果能在合理的地温梯度内将这些热能提取出来用于人类各项能源活动，那么将为绿色能源利用提供了方向。根据地热能的埋深可分为浅层、水热型和干热型地热资源。根据2015年我国地质调查局勘探报告，浅层地热能、水热型地热能和3千至1万米埋....

图1-2巷道的流变破坏[40]

1绪论3生，因此灾害时常发生[1]。诸多工程实践表明，地质灾害和工程岩体围岩失稳与其蠕变特性息息相关。在工程建设完工后，初期呈现稳定状态的围岩随着时间的发展逐渐变得越来越不稳定，时效破坏特征显著（如图1-2）。硬岩是深部岩体的主要组成部分，在深部高地应力作用下硬岩也会呈现明显的流....

图1-3时滞型岩爆破坏特征[25]

1绪论3生，因此灾害时常发生[1]。诸多工程实践表明，地质灾害和工程岩体围岩失稳与其蠕变特性息息相关。在工程建设完工后，初期呈现稳定状态的围岩随着时间的发展逐渐变得越来越不稳定，时效破坏特征显著（如图1-2）。硬岩是深部岩体的主要组成部分，在深部高地应力作用下硬岩也会呈现明显的流....

图2-1试验用高温炉及加温方案图

，地热开采、深部核废料地下处置和地下煤气化等工程均涉及高温对岩石力学行为的影响。综上，在实验室可控的条件下为了研究上述问题，本章对砂岩进行预制宏观裂隙，并考虑高温作用对其力学行为的影响。本研究所采用的岩石试样为取自山东省日照市的红砂岩。主要矿物成分为长石、石英、云母、赤铁矿和黏土....

本文编号：4049170