and hydrochloric acid solutions, respectively. Meanwhile, the specimens before and after saturation were observed by an electron microscope scanner. The results show that (1) the gypsum specimens with hydrochloric acid were damaged at the first stress level, while that with and were destroyed at the second stress level. The failure modes of the three groups were basically the same, with cleavage and end damage of different degrees. The difference is that the failure time of the former is earlier than that of the latter, which indicates that the stronger acidity causes greater corrosion on the creep of the samples. (2) From the perspective of microstructure, the samples saturated in the neutral aqueous solution and dry state are compact and complete in structure, and the whole is relatively homogeneous. However, after saturating in the acid solution, the samples significantly increased dense pores with large size and loose structure. Due to the rapid increase, the surfaces of the samples are almost like “holes”. (3) A new nonlinear creep constitutive model was established by connecting Burgers model with nonlinear viscoplastic body (NVPB) model in series, which can well describe the creep characteristics of gypsum rocks under acid corrosion."> 特性和石膏的单轴蠕变损伤本构模型,考虑酸蚀作用 - raybet雷竞app,雷竞技官网下载,雷电竞下载苹果

Geofluids

PDF
Geofluids/2020年/文章
特殊的问题

Thermal-Hydraulic-Mechanical (THM)破碎岩体的耦合行为

把这个特殊的问题

研究文章|开放获取

体积 2020年 |文章的ID 8874403 | https://doi.org/10.1155/2020/8874403

陈魏,温婉、谢Senlin Wenlong旷,Wenqing Peng Qiuhong吴,沙沙村通,Xianqing王,小唐, 特性和石膏的单轴蠕变损伤本构模型,考虑酸蚀作用”,Geofluids, 卷。2020年, 文章的ID8874403, 16 页面, 2020年 https://doi.org/10.1155/2020/8874403

特性和石膏的单轴蠕变损伤本构模型,考虑酸蚀作用

学术编辑器:黟县王
收到了 2020年8月3日
修改后的 2020年8月21日
接受 2020年8月27日
发表 2020年9月22日

文摘

酸性液体引起岩石侵蚀和进一步危及安全的岩石工程,尤其是柱子的腐蚀的酸性或弱酸性的地下水。在本文中,石膏矿区的岩石样本为研究对象。进行单轴压缩蠕变试验在中性水, 盐酸溶液,分别。同时,饱和前后标本观察电子显微镜扫描。结果表明,(1)石膏标本 盐酸受损在第一压力,而用 在第二个压力级别被毁。三组的失效模式基本上是相同的,与解理和不同程度的损害。所不同的是,前者是早期的失败时间比后者,这表明较强的酸性会导致更大的腐蚀样品的蠕变。(2)从微观结构的角度来看,中性的样品饱和水溶液和干燥状态和完整的结构紧凑,整个相对均匀。然而,在酸溶液饱和后,样品密度显著增加毛孔大尺寸和松散的结构。由于迅速增加,样品的表面几乎是像“洞”。(3)建立了一个新的非线性蠕变本构模型通过连接汉堡模型与非线性粘塑性的身体(NVPB)模型系列,它可以描述石膏酸腐蚀下岩石的蠕变特性。

1。介绍

目前,大约44%的矿山利用0的方法。法国洛林铁矿占总产量的94%,58个矿山在洛林是由0开采的方法。在美国,65%的金属矿山和所使用的方法是在瑞典,一半以上的有色金属矿山(1,2]。在采矿、事故并不少见,这威胁到矿工的工程质量和安全,甚至国家带来可观的经济损失(3- - - - - -6]。该方法的潜在的安全隐患主要表现为:支柱(参见图侵蚀,变得锋利1),导致房子的整体不稳定(7- - - - - -10]。

大规模的开采,浅矿产资源逐渐枯竭,推动矿业深,地下环境变得越来越复杂(11- - - - - -16]。开挖后,由于地下水的存在,支柱将侵蚀,导致其稳定性随时间逐渐减少,最终失败17- - - - - -19]。的过程中被侵蚀破坏,地下水的影响和矿山压力支柱不容忽视(3,4,20.]。尤其是偏酸性的地下水将严重威胁到柱子(21- - - - - -23]。一般来说,地下水的形成的原因是人为的和自然的。地下水人工酸通常是由含氧水与围岩之间的相互作用在矿业(24,25]。自然形成的酸性地下水是由于水环境在自然条件下的长期演进26- - - - - -29日),导致破坏岩石的力学性能,这是一个不可避免的问题12,30.- - - - - -33]。

Wawersik et al。34]对花岗岩和砂岩进行了测试,结果表明,时变效应与水分含量将增强。在单轴压缩下,稳态蠕变速率的干燥标本约两个数量级不同于饱和的标本。盾的测试等。35]表明,地下水的侵入岩石主要产生两种效果:一是岩石矿物颗粒之间的摩擦和凝聚力下降;另一个是它改变了矿物组成和微观结构,导致毛孔,洞穴和裂缝,这最终会导致岩石的软化,并显著降低其强度。以凝灰岩为研究对象,朱et al。36)进行了蠕变测试干燥和饱和状态下,分别讨论了含水状态下的岩石蠕变规律。结果表明,蠕变变形,含水量稍微影响瞬时弹性变形模量,但极大地影响最终的蠕变变形。通过比较干燥和饱和样本,蠕变变形的差异被发现5 - 6次。黄等。37)进行了单轴压缩蠕变试验泥岩在不同含水条件下,发现随着含水量的增加,弹性模量和单轴抗压强度大大降低,蠕变和稳态蠕变率显著增加。李等人。38)进行了蠕变测试在风干的花岗岩和饱和状态。结果表明,饱和花岗岩石的长期强度低于干的,而蠕变率和变形大致大。刘等人。39]使用软集团进行单一的变形特性和双轴蠕变测试分析干燥和饱和标本。的瞬时变形模量饱和集团被发现比干燥状态要低得多。大久保et al。40)进行了单轴压缩蠕变测试凝灰岩、安山岩在干燥和饱和状态和研究他们的蠕变特征。岩石的蠕变应变在饱和状态下被发现比在干燥,而蠕变破坏的强度更小。谢et al。41)进行化学腐蚀多孔石灰岩,然后进行了三轴蠕变试验。结果表明,化学试剂腐蚀可以增加蠕变变形和渗透率。李等人。42)执行剪切蠕变测试弱结构砂岩在不同含水率下的飞机。结果表明,含水率的影响剪切蠕变的软弱结构面是非常重要的。随着水含量的增加,其变形量逐渐增加,蠕变强度降低。此外,时间达到稳定蠕变状态不断增加。基于武汉Yuejiang隧道的工程背景,李et al。43)进行干燥和饱和剪切蠕变试验,分别,发现水可以加速蠕变应变率,降低蠕变破坏的强度值。因此,在工程实践中,水砂岩蠕变的影响不容忽视。王等人。44)在粉砂质泥岩进行了三轴蠕变测试干燥和饱和状态,分别分析了水对其蠕变变形和长期强度的影响。结果表明,瞬时应变、蠕变应变,在干燥状态和粉砂质泥岩的总应变都小于饱和,和水可导致显著改变其蠕变力学性能。Brzesowsky et al。45]研究了水化学环境和应力状态的蠕变效应耦合效应在砂岩压缩。大多数学者研究岩石的蠕变水化学环境中的水化治疗前的测试。一些研究同时执行两个测试。

本构模型是关键和难点的岩石蠕变46]。许多学者已经建立了岩石材料的蠕变本构模型从不同的方式,取得了丰硕的成果,包括经验模型、组件组合模型,非线性理论模型(47- - - - - -49]。

实证模型是最简单的,指stress-strain-time函数关系的建立基于测试数据通过使用数学方法。他们可以获得不同的岩石材料不同的实验条件。目前,常见的经验模型方程是权力类型、指数型、对数型,和三个的结合。主要包括老化理论,流程,强化理论和弹性延续46,50]。徐et al。51)花岗岩为研究对象,进行了蠕变测试和获得的经验公式负指数类型总结。江et al。52]对砂岩单轴蠕变测试执行。利用蠕变试验数据和用幂函数,幂函数型经验模型。辛格et al。53)和Mesri et al。54)总结了幂函数应变本构关系和时间由粘土的固结蠕变试验。李等人。55)进行了单轴蠕变测试在大理石和获得经验公式拟合的蠕变试验曲线。陆et al。56)进行了三轴固结不排水蠕变测试路基软土,这表明,双曲线经验公式可以描述时间和应变之间的关系。Zhang et al。57)进行三轴压缩蠕变测试在泥岩取样现场白手起家的岩石蠕变试验机,建立了泥岩的强度模型。虽然经验模型可以安装在蠕变试验曲线,它只能反映一个特定的岩石的蠕变特性在一个特定的国家或应力路径。它描述了衰变和稳定蠕变阶段,而不能描述加速蠕变,这使得很难反映岩石内部的蠕变机制和特点,因此实证模型是目前很少使用。

组件组合模型理想化岩石介质中基本元素串联或并联,以反映蠕变过程中的属性,如弹性、粘性、可塑性(58]。组合模型的特征是它的简单的概念,它可以反映各种岩石的蠕变特性通过改变大小、数量和组合模式的各种力学参数的基本元素。因此,它被广泛使用。目前,常见的组件模型包括麦克斯韦模型,开尔文模型,宾汉模型,汉堡模型,西苑模型。许多岩石蠕变的研究都是基于元素的组合来描述蠕变特性。夏et al。59)采用了广义开尔文模型和西苑模型来描述岩石的蠕变特性在三峡船闸地区。彭et al。60在泥岩)进行了三轴蠕变试验,并演示了西苑模型的蠕变现象。沈et al。61年)进行了双轴蠕变试验定期齿结构飞机和选择了汉堡模型来反映岩体的蠕变特征根据测试曲线。道等。62年与西苑)汉堡相比,结果表明,西苑模型更适合描述岩体的蠕变特性。然而,这些组件模型,由基本元素的线性组合,只能反映岩石的衰减和稳定蠕变,但不能反映出加速蠕变。

非线性蠕变模型通常意味着非线性元素来描述岩石加速蠕变特性介绍了基于线性组合模型。许多学者引入非线性元素正确结合线性和非线性元素,因此建立了一个新的蠕变模型更好地描述岩石蠕变的三个阶段。陈等人。63年)和Boidy et al。64年)通过深入研究了非线性蠕变方程的非线性粘弹性材料的蠕变特性。元等。65年)提出了一个塑料元素基于莫尔-库仑准则和模型,获得了一种改进的汉堡可以描述蠕变特性。粉砂质泥岩的蠕变试验结果的基础上,李et al。66年]介绍了一系列非线性粘塑性的元素来构建一个新的非线性汉堡模型以反映蠕变加速阶段的特征。锅等。67年]介绍了非线性宾厄姆粘塑性的元素和开尔文模型基于西苑元素建立一个西苑粘弹塑性蠕变模型,该模型可以充分反映不稳定蠕变的全过程。杨et al。68年)提出一个元素和一个非定常粘度系数和引入到Poting-Thomson模型,这样就建立了一个模型,用更少的参数,可以模拟蠕变三个阶段。杨et al。69年]推导的非线性蠕变方程分析骨折损伤的蠕变断裂过程。胡锦涛et al。(70年]分析了盐岩石的蠕变试验数据的联合行动下温度和三轴压力和非线性元素引入到宾汉模型加速蠕变阶段,因此建立蠕变本构关系考虑温度损伤。郑et al。71年)建立了蠕变模型与基于汉堡体积蠕变模型,描述了砂岩的蠕变行为。刘等人。72年)提出了一个蠕变本构模型可以分析软煤的蠕变,包括viscoelastic-plastic和破坏特征。吴et al。73年]部分软件与妓女的身体元素相结合,介绍了相关的参数和变量,推导出一个新的非线性蠕变本构方程与分数阶导数。通过与实验数据的验证,该模型可以描述蠕变特性。基于分数阶导数蠕变模型,王et al。74年]导出的非线性蠕变本构方程三维应力状态下的煤。杨et al。75年]介绍了损伤力学的蠕变损伤模型,建立了非线性蠕变模型,该模型可以描述衰减,稳定,加速蠕变。

伟大的成就在蠕变试验和岩石本构模型在水化学环境的影响下(76年]。然而,大多数的相关研究进行酸化前的岩石力学性能的测试,这是不符合实际的工程(77年]。矿山压力和地下水的浸泡不断影响支柱。目前,岩石的蠕变本构模型主要用于分析岩体本身,但很少到外部环境因素如酸、碱、温度和湿度(78年,79年]。基于上述工程实践,石膏矿山水文地质调查的李琳县,湖南。通过调查,弱酸性地下水被发现在这个矿区,那里的支柱是被它侵蚀了很长一段时间。因此,本文打算以石膏矿区的岩石为研究对象,模拟地下水侵蚀环境中,石膏岩进行浸泡,研究了单轴压缩蠕变力学特性的本构模型石膏岩条件下酸侵蚀,从而提供一定指导意义的保留和保护柱。

2。实验室测试

2.1。制备的岩石标本

所有的标本取自石膏矿李琳县湖南常德。减少色散的岩石标本,我们样品他们从同一块岩石钻井和取心(见图2(一)-2(c))。具体而言,我们让他们结束,双方与切割机,用砂纸磨平,确保完整性和平滑度。最后,我们获得 毫米标准气缸与光滑表面的标本。我们准备盐酸溶液pH值的5、6和7,分别(见图3)。然后,处理标本放入准备好的酸性的解决方案(见图2(d))。

2.2。试验内容和试验方法

观察石膏酸化前后的力学性能处理、扫描电子显微镜(SEM)观察(见图4(一)(见图)和单轴压缩蠕变测试4 (b))执行。

2.2.1。扫描电镜观察

观察石膏岩微观结构的变化前后的酸腐蚀,我们在四种标本进行扫描电镜测试。一个是原始的石膏样品在干燥状态,和其他人是饱和后的标本与pH值为7,6和5 49天,分别。样品表面扫描放大系数为400 - 450(见图4(一))。

2.2.2。单轴压缩蠕变试验

加载蠕变测试方法有很多,其中单程加载、多级单调加载和多级循环荷载是常用的80年)(见图5(一个)- - - - - -5 (c))。

单轴压缩蠕变测试rmt - 150 c进行岩石力学试验机在湖南科技大学(见图4 (b))。考虑到样品的分散和增加酸的解决方案,我们结合多级单调加载(见图5 (b))与多级循环荷载(见图5 (c))在这个测试并称之为多级单调循环荷载模式(见图5 (d))。在单轴压缩蠕变应力测试分为三个层次:50%,60%,和70%的单轴抗压强度。自从以前测量平均石膏岩石单轴抗压强度64 MPa,三个压力设置为32 MPa, 38.4 MPa,分别和44.8 MPa。每个应力水平保持48 h。第一次单调加载阶段后,我们卸下压力0.1 kN 24小时,观察卸载曲线。然后,我们添加盐酸溶液的pH值5,6,7到模具,它分为第一、第二和第三组。接下来,我们进行第二阶段加载标本上,观察应力-应变曲线的变化。注意,应力水平和保持时间在第一阶段是一样的。

3所示。实验室结果和讨论

3.1。化学损伤分析

石膏的主要成分是卡索4。然而,存在其他氧化物在石膏岩石,如SiO2和曹。随着反应的推移,Ca的内容,K,和Na石膏岩的减少,而如果和毫克增加的比例。这是因为与卡索盐酸的反应4和其他物质形式解决方案或气体。nonhydrophilic矿物或矿物,不与盐酸反应将暴露在岩石表面。由于酸度影响反应效率,元素的比例是不同的四个条件下(见图6)。在酸性溶液,石膏与H反应的氧化矿物+如下:

3.1.1。酸化后岩石表面特征

从宏观的角度来看,石膏岩的外表面是光滑的空心后,切割和抛光(见图7(a))。在饱和酸溶液中 或6、保护层的岩石标本从外表面脱落。新表面变得粗糙,标本的大小变得小一点(见图7(c)和7(d))。岩石试样饱和蒸馏水( )没有明显的变化,但它颜色的变化(见图7(b))。与样品相比饱和酸溶液中 (见图7(c)),一个解决方案 有更多的粉状颗粒表面脱落,细裂缝(见图7(d))。因此,较低的酸溶液pH值会导致更强的化学石膏的损伤。

显微镜下,岩石标本显示了一个清晰的分层结构和层状晶体浸前形态。具有良好的均匀性,内部结构,和小层间距离。的微裂缝和微孔体积小和相对分散分布。几乎没有大孔隙的标本(见图8(一个))。这意味着石膏岩石侵蚀之前有良好的宏观力学性能。

在中性水饱和后,试样的结构没有显著变化,但颜色变得更轻(见图8 (b))。在酸溶液饱和后,原来的层状结构或片状晶体形态学改变海绵或絮状物形状、结构孔隙度增加,层间边界变得模糊(见图8 (c))。微裂隙和微孔隙的数量增加,一些独立的小型微孔隙连接形成大规模的“沟壑”(见图8 (d))。此外,pH值较低的解决方案会导致更严重的损坏内部微观结构。从微观的角度来看,它证明了强酸性的溶液会加重损伤力学性能的石膏。

3.1.2。酸化后质量损失

五个样本随机选择从三组。对比前后的质量饱和不同pH值在图所示9。样品质量的三组不同程度下降。随着pH值的下降,下降的质量增加。这表明,H浓度越高+在解决方案会导致更加激烈和快速反应之间的标本和解决方案81年]。这种现象也反映出会出现更多的严重损害,石膏酸性较强的微观结构。注意标本的质量饱和蒸馏水也略有下降。因此,在石膏存在水溶性矿物质。

3.2。分析石膏下的单轴压缩蠕变测试酸腐蚀
3.2.1之上。石膏的单轴蠕变力学和变形特征

通过三组酸侵蚀下的单轴压缩蠕变试验,得到石膏在不同的pH值的数据。考虑到样本的离散性,我们选择理想的标本从每个测试组,使分析结果。表1显示了石膏岩石的蠕变损伤和人物10说明了标本在不同酸性条件下的蠕变曲线。


pH值 1压力水平(32 MPa) 2nd压力水平(38.4 MPa) 3理查德·道金斯压力水平(44.8 MPa)

7 不会发生破坏 损害发生后加载时间为262.3 h - - - - - -
6 不会发生破坏 损害发生后加载时间为242.7 h - - - - - -
5 损害发生后加载时间为180.6 h - - - - - - - - - - - -

当标本含有三个层次的三组压力的加载过程,其应变增量几乎没有区别。当轴向应力卸载预加载值,存在残余变形的标本,这几乎是相同的(请参见图10)。这意味着三组的色散很小,和测试结果是可靠的。在第二次加载过程中,样品溶液中浸泡 第一个应力水平下受损,而标本浸泡在解决方案 和一个在蒸馏水中浸泡两个失败的第二个应力水平下。不同之处在于,前者标本受损早于后者,这证实了强酸性导致更大的蠕变损伤。根据测试数据,我们画标本在不同应力水平下的蠕变曲线(见图11),详细分析了测试结果。

在第一次加载过程中,岩石受到轴向压力时瞬时应变。三组的标本在干燥状态,32 MPa的压力时,他们的瞬时轴向压力1.10%,1.00%,1.09%。随着时间的推移,压力的增加变得越来越慢,最后压力稳定在1.11%,1.13%,和1.10%,分别。当压力增加到38.4 MPa时,瞬时应变增量是0.11%,0.10%,和0.13%,分别。菌株增加更多的慢慢地随着时间的推移,和最后的应变增量是稳定在0.13%,0.12%,和0.15%,分别。当压力增加到44.8 MPa时,瞬时应变增量是0.10%,0.09%,和0.09%,分别。应变随时间增长缓慢,最后应变增量是稳定在0.13%,0.11%,0.10%。与轴向应力加载压力增加慢慢地随着时间的推移,虽然增长速度下降。当增长率为零,标本进入一个稳定蠕变状态。当压力增加从第一级到二级,标本的应变增量是更大的,而压力增大的情况下从第二级别第三级别。 This indicates that the specimens are fully compacted under the second stress level instead of the first.

在卸货过程中,三组标本的菌株都大幅下降约0.29%,然后进入稳定阶段。标本的变形不完全恢复。残余变形仍然存在。它表明,标本遭受塑性变形(见图(11日))。

在第二次加载过程中,我们将不同的解决方案添加到模具。岩石标本浸泡 解决方案显示了最明显的改变。与第一个应力水平被加载后,岩石样本后受损11.3 h。在开始装货,瞬时应变出现并从0.29%增长到1.19%。从图可以看出11 (d)第一个蠕变阶段很短。标本很快进入稳态蠕变阶段,在此期间,应变率几乎不变,一直在 大约11 h后,标本进入加速蠕变阶段。此时,压力开始加速,应变速率增加,蠕变曲线变成凹,标本快速受损。至于标本浸泡溶液中 和中性蒸馏水浸泡之一,他们的初始蠕变阶段很短在第一压力水平。他们迅速进入稳态蠕变阶段和没有加速蠕变阶段。第二个压力水平下,这两组样本的经验的初始阶段,稳定阶段,加速蠕变阶段。他们的应变率稳定蠕变阶段 ,分别。此外,试样饱和酸溶液中摧毁了更早比浸泡在中性蒸馏水(见图11 (b)11 (c))。

我们比较岩石标本的应变率的稳态蠕变阶段之前进入加速蠕变阶段。如图12,较小的pH值的饱和产生更大的应变率。随着pH值的降低,应变率成指数增加。这表明盐酸影响石膏的蠕变特性,从而加速蠕变。具体而言,较强的酸性对蠕变损伤会导致更大的影响。

3.2.2。单轴蠕变破坏模式下的石膏酸腐蚀

在不同的外部环境,岩石呈现不同的失效模式(82年]。至于三组石膏在酸腐蚀,其单轴蠕变破坏模式大致相同(见图13)。他们遭受分裂失效模式和结束与不同程度损害。特别是,试样饱和酸溶液中 是最明显的破坏。因为一些矿物标本可以与盐酸反应,改变成解决方案和天然气,反应后标本的结束变得更清晰。此外,随着轴向应力、岩石标本终于摧毁了。可以看出从解决方案的伤害度与pH值越小对石膏的蠕变特征更明显的影响。

3.3。下的蠕变本构模型石膏酸腐蚀

在外部负载的情况下,岩石显示复杂的力学特性,如弹性、塑性和蠕变。蠕变特性的研究中,最重要的部分是蠕变模型建设和应用程序(83年]。描述不同的岩石蠕变特性,研究人员通常经验公式和微分方程的方法。基于单轴压缩蠕变实验数据的获得的石膏在前面的部分中,我们引入一个非线性元素,并将它与基本元素结合起来建立一个新的本构模型。模型可以描述石膏在酸溶液的加速蠕变阶段。

3.3.1。建立的单轴压缩蠕变模型石膏下酸腐蚀

汉堡模型是一种粘弹性模型组成的开尔文模型和麦克斯韦模型系列(84年,85年]。其力学模型和动态图所示14

开尔文模型的本构方程

麦克斯韦模型的本构方程

根据系列关系,有

根据方程(2),(3)和(4),我们可以得到:

通过差异化和简化方程(5),我们得到汉堡模型的本构方程

凯文模型的蠕变方程

麦克斯韦模型的蠕变方程

根据叠加原理,汉堡的蠕变方程模型可以通过叠加开尔文和麦克斯韦模型的蠕变方程

根据方程(9),当 ,

这意味着汉堡模型具有瞬时弹性变形。此外,当 ,没有其他组件除了春天 已经变形。随着时间的推移,压力增加,和粘性元素流动在一个恒定的速度。

的时候 ,卸货过程开始。它的曲线如图14 (b)。在卸货过程中,瞬时春天发生在春季 随着时间的增加,变形 持续复苏,直到春天的变形 恢复。在这个时候,变形

足够大,变形后的弹性恢复的效果是什么

最后,剩下的变形模型

上述分析表明,该模型具有瞬时变形的特点,减速蠕变、等速蠕变。

根据上面的测试结果,酸腐蚀和低应力条件下,石膏的岩石有瞬时变形和受减速稳定蠕变阶段。高应力条件下,岩石也瞬时变形和受减速蠕变、稳定蠕变和加速蠕变阶段。虽然汉堡模型可以反映瞬时变形的性质,减速蠕变、稳定蠕变,它不能代表加速蠕变阶段。因此,基于汉堡模型,本文构造了一个新的模型来描述石膏岩的特征在不同蠕变阶段酸腐蚀。

酸的腐蚀下,石膏的力学性能变得较弱。同时,外部压力让摇滚脱臼的内部结构(86年]。试样的蠕变破坏最后发生的共同作用下,力和酸。因为存在酸化在整个蠕变过程,反映了石膏岩的蠕变特性的参数必须与pH值有关。蠕变参数与pH值主要有石膏岩的弹性模量和粘度系数。在加速蠕变阶段,酸的存在可以促进岩石加速蠕变过程和失败。徐et al。87年)提出了一种新的非线性粘塑性的身体(NVPB)模型通过并联非线性粘性元素和塑料。NVPB可以反映岩石的蠕变加速阶段。其力学模型和蠕变曲线如图所示15。在本文中,我们将使用这个模型来描述岩石加速蠕变阶段的石膏在酸腐蚀。

模型的蠕变方程

,时间和应变之间的关系是非线性的。当 ,随着时间的推移,应变率增加。当 ,应变率随时间而减小。当模型用于描述石膏岩的加速蠕变阶段, 必须大于“1”。在这个方程, 粘度系数。因为这个模型是用来描述石膏岩的蠕变特性在酸腐蚀条件下, 必须与pH值和压力 也就是说, (pH值, )。正如我们所知,汉堡模型可以描述石膏岩的蠕变力学性能。因此,通过连接NVBP模型与汉堡模型系列,我们获得一个非线性蠕变模型,可以充分反映岩石加速蠕变阶段的石膏在酸腐蚀。汉堡的弹性模量和粘度系数模型与酸溶液的pH值,因此,非线性蠕变模型的具体结构如图所示16

根据蠕变方程(9)的汉堡模型、蠕变方程(14NVBP模型),该系列属性,我们得到的蠕变方程的非线性蠕变模型如下:

在这个方程, 粘弹体的弹性模量和弹性元件在酸腐蚀,分别。 , , 粘弹体的粘度系数、粘性元素,分别和NVPB模型下酸腐蚀。 下的屈服强度是石膏岩酸腐蚀。

根据方程(15),当 ,模型退化到汉堡模型。然后,它可以描述的属性石膏岩的减速蠕变和蠕变稳定。当 ,模型是一个非线性蠕变模型,该模型可以描述加速蠕变阶段。

3.3.2。蠕变本构模型的验证

用上述模型所确定的参数,我们可以得到的本构模型曲线。图17显示了与试验曲线的对比。

根据图17,建立了本构模型曲线和蠕变试验曲线在不同的条件下具有良好的巧合。这意味着石膏酸腐蚀下岩石的蠕变过程可以通过连接汉堡模型描述与NVPB模型提出的徐et al。79年]。此外,参数识别相关系数的平方方法“1”,这也验证了新模型的正确性和合理性。

4所示。结论

根据上述工作,本文的主要结论如下:(1)酸性饱和后,原来的层状结构和晶体形式被海绵或絮状。样品结构松散,和层之间的界限变得模糊。与此同时,微裂隙和微孔隙的数量增加,削弱了macromechanical石膏的属性(2)的石膏标本 盐酸受损在第一压力,而用 在第二个压力级别被毁。所不同的是,前者是早期的失败时间比后者,这表明较强的酸性会导致更大的腐蚀样品的蠕变(3)三组的失效模式基本上是相同的,与解理和不同程度的损害。损坏的石膏样品 盐酸是最明显的(4)建立了一种新的非线性蠕变本构模型采用伯格斯模型和NVPB模型串联,同意与蠕变试验结果,为实际计算提供指导

数据可用性

数值数据用于支持本研究的发现没有提供,因为这个研究的性质和本研究的参与者不同意公开他们的数据共享。

的利益冲突

作者希望确认没有已知的与此出版相关的利益冲突,也没有重大金融支持这项工作,可能影响其结果。

确认

我们感谢Zhenming盾和杰刘有用的讨论和贡献项目早期和王敏非常有用的评论的手稿以及裁判很有帮助和鼓舞人心的评论。这项研究是由中国国家自然科学基金(授予号。51774132,51774131,51774131,51974118)和湖南省自然科学基金(赠款。2020 jj5188)。

引用

  1. h . Harraz地下采矿方法:房柱法,2014年。
  2. a·g·Protosenya和a . Shokov”3 d建模参数与0矿石开采方法的支柱,“Gornyi Zhurnal卷。2015年,20,2015页。视图:谷歌学术搜索
  3. h . y . Wang Lin y赵、李x p .郭和y . Liu”分析压裂的特点无侧限岩石板侧向冲击载荷作用下,“欧洲环境与土木工程杂志》上,23卷,硕士论文,2019页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  4. 林h, h·杨,y, y赵,和r·曹”决心的应力场和裂纹开裂角开放缺陷尖端在单轴压缩下,“理论和应用断裂力学第102358条,卷。104年,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  5. r·曹曹p, h·林·g·w·马,x的粉丝,和x g .,“力学行为的开放连接如磐石般坚韧的试样在单轴加载:实验研究和粒子力学方法,”土木和机械工程档案,18卷,不。1,第214 - 198页,2018。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  6. y赵,l, c Pu、w . Wang w .广域网和j .唐”的开裂和应力-应变行为如磐石般坚韧的材料包含两个缺陷在单轴压缩下,“岩石力学和岩石工程卷,49号7,2665 - 2687年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  7. p . Waclawik r . Snuparek, r . Kukutsch“岩石锚杆支护在房柱法在很深的地方,”Procedia工程卷,191年,第582 - 575页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  8. 张周x, y,问:哈,和k·朱,“微机械造型的完整应力应变关系裂纹岩石受到压缩载荷减弱,”岩石力学和岩石工程第41卷。。5,747 - 769年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  9. c . Zhang p .邹y . Wang江t、h·林和p .曹”elasto-visco-plastic模型基于应力函数变形和损伤被水浸透的岩石冻融过程中,“建筑和建筑材料第118862条,卷。250年,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  10. b .元,l, l .翟et al .,“透明的人造土壤及其在土壤结构的建模应用程序使用光学系统进行交互,”地球科学前沿,7卷,p。276年,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  11. y赵,l . Zhang j .廖问:刘,w . Wang和l .唐”实验研究岩石断裂韧性和亚临界裂纹增长的三个不同的环境下,“国际地质力学杂志,20卷,不。8,04020128条,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  12. y赵,l .张问:刘,w . Wang l . Tang和g . Cheng”试验研究剪切行为和填充岩石节理抗剪强度模型,修正”国际地质力学杂志,20卷,不。9,04020141条,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  13. w . w . Chen Wan、y赵和w·彭”实验研究裂纹的优势如磐石般坚韧的材料含有平行双裂缝在单轴压缩下,“可持续性,12卷,不。12日,第5188条,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  14. x周,j·张,l·杨和y崔,“内部裂纹的形态两个3 d的cross-embedded缺陷在单轴压缩下,“岩土测试日报第41卷。。2,20170189条,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  15. x周”,本地化的变形和应力-应变关系介观异质脆性岩石材料在卸货,”理论和应用断裂力学,44卷,不。1,27-43,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  16. 赵y, y, w . Wang w .广域网和j .唐“坚硬的岩石非线性流变特性的建模使用三轴流变试验,”国际岩石力学和采矿科学杂志》上卷,93年,第75 - 66页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  17. 周x l·李,f .叫“如磐石般坚韧的标本的开裂行为包含两套先前存在的交叉缺陷在单轴压缩下,“杂志的测试和评估卷,47号2,页20170358 - 20170867,2019。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  18. h·林,w .熊问:严,“修改公式所获得的抗拉强度平巴西磁盘测试,”岩石力学和岩石工程卷,49号4、1579 - 1586年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  19. x周和h·杨,“动态损伤岩体在文中定位:应变能密度因子方法,”理论和应用断裂力学卷,97年,第302 - 289页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  20. h . y . Wang, h·林赵y, y . Liu,“central-flawed岩板的断裂行为在单轴压缩下,“理论和应用断裂力学第102503条,卷。106年,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  21. r·曹·曹x粉丝,x,和h·林,“力学行为的实验和数值研究ubiquitous-joint脆如磐石般坚韧的标本在单轴压缩下,“岩石力学和岩石工程卷,49号11日,第4338 - 4319页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  22. 问:吴,l . Chen沈,Dlamini b, s .李和朱y,“岩栓张力负荷条件下的性能试验研究,“岩石力学和岩石工程,52卷,不。11日,第4618 - 4605页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  23. l .董,d .太阳,w .蜀,李x”探索:安全、清洁开采地球上和小行星,”《清洁生产第120899条,卷。257年,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  24. z d香,他问:高,y . Liu和h .扁,“粗粒度土作为路基填料的变形行为在循环荷载下,“土木工程的发展ID 4629105条,卷。2020年,13页,2020。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  25. h . y . Wang, h·林y赵、李x和y . Liu”的力学行为和失效分析fracture-filled片麻状花岗岩,”理论和应用断裂力学第102674条,卷。108年,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  26. x周、g·李和h .妈,“实时实验调查在花岗岩结晶器内部发生的热力耦合和开裂行为包含三个预先存在的裂缝,“工程断裂力学第106797条,卷。224年,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  27. w . y .赵,l . Zhang w . Wang湾和w·h·马”elastoviscoplastic分离菌株的岩石非线性蠕变模型,”国际地质力学杂志,18卷,不。1,04017129条,2018。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  28. 杨,y黄,p . Ranjith”失败的机械和声学的行为盐水saturated-sandstone包含两个预先存在的缺陷在不同围压下,“工程断裂力学卷,193年,第121 - 108页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  29. x周和h·杨,“微机械建模的动态抗压响应的介观异质的脆性岩石,“理论和应用断裂力学,48卷,不。1,1,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  30. j . y .赵,l . Zhang w . Wang, h·林和w .广域网,“瞬态脉冲试验和形态分析,单一的岩石裂缝,“国际岩石力学和采矿科学杂志》上卷,91年,第154 - 139页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  31. 问:吴、李x l .翁问:李朱y,和r·罗”的动态响应试验研究预应力岩栓使用SHPB-based岩栓测试系统,”隧道与地下空间技术第103088条,卷。93年,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  32. x周”,动态损伤本构关系的介观异质的脆性岩石在主应力轴旋转,“理论和应用断裂力学,54卷,不。2、110 - 116年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  33. b .元,m .太阳,y . Wang l .翟罗,和x张“完整的三维位移测量系统的三维位移场的横向承载桩周围土在透明的土壤,“国际地质力学杂志,19卷,不。5,04019028条,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  34. w·r·Wawersik”技术和设备在恒定围压对岩石应变测量实验中,“岩石力学,7卷,不。4、231 - 241年,1975页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  35. l .咚,x, x, j .周s . Wang和b·刘,“一些发展和环境问题的新见解和深部开采矿山清洁生产战略,”《清洁生产卷,210年,第1578 - 1562页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  36. h·朱和b你们岩石蠕变的力学性能试验研究饱和,”中国岩石力学与工程学报,21卷,不。12日,第1796 - 1791页,2002年。视图:谷歌学术搜索
  37. x x黄,c·杨,j . Liu, j . Chen和x段,“试验研究不同含水量下泥岩的蠕变行为及其对套管损坏的影响,“中国岩石力学与工程学报27卷,第3482 - 3477页,2008年。视图:谷歌学术搜索
  38. l .你w·朱、美国白和c·杨”的花岗岩单轴流变特性实验研究脱水和饱和状态,”中国岩石力学与工程学报,22卷,不。10日,1673 - 1677年,2003页。视图:谷歌学术搜索
  39. y . g . Liu, f·陈,z,“多轴压缩下软岩的流变特性及其对拱坝设计的影响,“中国岩石力学与工程学报,23卷,不。8,1237 - 1241年,2004页。视图:谷歌学术搜索
  40. 美国大k .福井,k . Hashiba”被水浸透的长期蠕变凝灰岩在单轴压缩下,“国际岩石力学和采矿科学杂志》上卷,47号5,839 - 844年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  41. 谢,j .邵和w·徐“化学降解的影响机械性能的石灰石,”国际岩石力学和采矿科学杂志》上,48卷,不。5,741 - 747年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  42. 李p . j .刘、朱j .和h . j .他“研究含水量对剪切蠕变行为的影响砂岩的软弱结构面,“岩石和土力学卷,29号7,1865 - 1871年,2008页。视图:谷歌学术搜索
  43. h . n . Li徐,b .胡锦涛,“剪切蠕变特征,砂岩在干燥和饱和状态,”岩石和土力学,33卷,不。2、439 - 443年,2012页。视图:谷歌学术搜索
  44. 问:小王,x, c .徐周c, c .他和c,“时间的行为饱和粉砂质泥岩在不同围压下,“《工程地质和环境,卷79,不。5,2621 - 2634年,2020页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  45. r·h·Brzesowsky s . j . t . Hangx n . Brantut和c j .施皮尔“压缩蠕变砂由于时间谷物失败:化学环境的影响,应用压力、和粒度,”地球物理学研究杂志:固体地球,卷119,不。10日,7521 - 7541年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  46. 林c, h . c .秋江,和j·张,“横截面形状对变形的影响,伤害和失败如磐石般坚韧的材料在单轴压缩下从宏观和微观角度来看,“损伤力学的国际期刊卷,29号7,1076 - 1099年,2020页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  47. c·j·贾许w . y . r . b . Wang s . s . Wang和z n .林”的剪切蠕变特性试验研究原状在白鹤滩水电站岩石不连续,”国际岩石力学和采矿科学杂志》上卷。104年,即,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  48. h·李和h·李”,力学性能和厚硬顶板砂岩的声发射特征研究煤田,”国际煤炭科技杂志》上,4卷,不。2、147 - 158年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  49. m . Trzeciak h·宋,m . Dabrowski”长期蠕变测试和粘弹性本构模型的低古生代页岩从波罗的海盆地,N波兰,”国际岩石力学和采矿科学杂志》上卷,112年,第157 - 139页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  50. h·c·p·王,比比,和z段,“岩盐的蠕变本构模型基于部分衍生品”国际岩石力学和采矿科学杂志》上,48卷,不。1,第121 - 116页,2011。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  51. x萍和夏x”,研究蠕变特征的花岗岩在三峡工程的锁区,“长江Riverentific研究所杂志》上,12卷,不。2,23-29,1995页。视图:谷歌学术搜索
  52. x y江,西安,d, f .周,”研究砂岩的蠕变行为及其力学模型”中国Jounal岩土工程,27卷,不。12日,第1481 - 1478页,2005年。视图:谷歌学术搜索
  53. a·辛格和j·k·米切尔,“一般土壤,stress-strain-time函数”土力学和基础部门杂志》上,卷94,不。1,21-46,1968页。视图:谷歌学术搜索
  54. g . Mesri e . Febrescordero d . r .盾牌和a·卡斯特罗“粘土的剪切stress-strain-time行为。”岩土工程,32卷,不。4、407 - 411年,1981页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  55. z h . Li Li和c·苏,“测试研究蠕变特征的大理石,”中国岩石力学与工程学报,23卷,不。22日,第3749 - 3745页,2004年。视图:谷歌学术搜索
  56. j . p . Lu曾问:盛,“软土蠕变测试及其实证模型,”岩石和土力学卷,29号4、1041 - 1052年,2008页。视图:谷歌学术搜索
  57. 张x, y, s, b·霍“软岩蠕变理论及其工程应用,”中国岩石力学与工程学报,23卷,第1639 - 1635页,2004年。视图:谷歌学术搜索
  58. 赵c . Wang y, y赵和w·Wan”研究共线裂纹之间的相互作用和翼裂纹和开裂行为的岩石在单轴压缩下,“土木工程的发展卷,2018篇文章ID 5459307, 10页,2018。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  59. x x夏,p .徐,叮,“岩石流变学特性和稳定流变分析边坡高,“中国岩石力学与工程学报,15卷,不。4、312 - 322年,1996页。视图:谷歌学术搜索
  60. 刘彭,x, x, s .赵”研究弱含煤地层岩石的流变特征,“中国煤炭学会杂志》上,21卷,不。5,361 - 364年,2001页。视图:谷歌学术搜索
  61. g m .沈和朱,“蠕变特性的试验研究经常齿状不连续,”中国岩石力学与工程学报,23卷,不。2、223 - 226年,2004页。视图:谷歌学术搜索
  62. 郭b, f, g, r·周”的灵活性visco-elastoplastic模型流变特征的岩石流变参数和解决方案,“中国岩石力学与工程学报,24卷,不。17日,第3171 - 3165页,2005年。视图:谷歌学术搜索
  63. s . r . k . s . Chan。博得纳,A . f .将d·e·芒森,“非弹性流动和损伤演化的本构模型固体三轴压缩下,“材料力学,14卷,不。1、1 - 14,1992页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  64. e . Boidy a Bouvard f .丸,“分析测试的时间行为的画廊在粘土岩,“隧道与地下空间技术,17卷,不。4、415 - 424年,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  65. h .元,p .曹、徐w .和y . Chen”Visco-elastop-lastic汉堡蠕变本构关系的岩石和修改模型,”中国岩土工程杂志》上,28卷,不。6,796 - 799年,2006页。视图:谷歌学术搜索
  66. h . y . Li Yu, h·刘,“粉砂质泥岩蠕变本构模型的研究在三轴压缩下,“Yantu Lixue /岩石和土壤力学,33卷,不。7,2035 - 2047年,2012页。视图:谷歌学术搜索
  67. 杨x, z, j .徐”的应用研究的非平稳nishihara viscoelasto-plastic流变模型,”中国岩石力学与工程学报,30卷,第2646 - 2640页,2011年。视图:谷歌学术搜索
  68. d·g·杨,w . Wang Xiong, x,”研究非线性viscoelasto-plastic岩石的蠕变模型,”《河北工程大学,34卷,不。4日,23日,2017页。视图:谷歌学术搜索
  69. 杨y”,潜在的裂缝性岩石非线性流变特性之间的关系和损伤发展”工程力学,11卷,不。2、81 - 90年,1994页。视图:谷歌学术搜索
  70. 问:胡、冯x和h .周”研究岩盐的蠕变模型和热损伤,”Yantu Lixue /岩石和土壤力学,30卷,不。8,2245 - 2248年,2009页。视图:谷歌学术搜索
  71. h .郑x t·冯和x j .,“弱胶结疏松砂岩的蠕变模型包括体积蠕变,”国际岩石力学和采矿科学杂志》上卷,78年,第107 - 99页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  72. f . c . Liu, j·康,t·夏”应用程序的一个非线性viscoelastic-plastic软煤在井眼稳定的流变模型,”天然气的科学与工程》杂志上36卷,第1311 - 1303页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  73. f·吴、陈和邹,“盐岩石非线性蠕变损伤模型,”损伤力学的国际期刊,28卷,不。5,758 - 771年,2018页。视图:谷歌学术搜索
  74. h·l . Wang周、t·荣和w·任“实验和非线性蠕变本构模型研究煤的深度,“中国煤炭学会杂志》上,43卷,不。8,2196 - 2202年,2018页。视图:谷歌学术搜索
  75. 杨和p .徐”,一种新的岩石非线性流变损伤模型”,中国岩土工程杂志》上,36卷,不。10日,1846 - 1854年,2014页。视图:谷歌学术搜索
  76. 陈谢,h·林,y, r .勇w·熊和美国du,“关节的损伤本构模型的剪切行为基于屈服点的决心,“国际岩石力学和采矿科学杂志》上第104269条,卷。128年,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  77. 赵问:吴,l .翁y, b .郭和t·罗,“细粒度的花岗岩的拉伸力学特性与不同的冷却率加热/冷却治疗后,“工程地质卷,253年,第110 - 94页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  78. z h·林,w .熊,熊,f .锣”三维效果在巴西一个扁平的圆盘测试中,“国际岩石力学和采矿科学杂志》上卷。74年,10 - 14,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  79. r·曹曹p, h·林,c . z Pu和k . Ou”脆弱的力学行为与预先存在的单轴荷载作用下裂缝如磐石般坚韧的标本:实验研究和粒子力学方法,”岩石力学和岩石工程卷,49号3、763 - 783年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  80. 惠普的下巴和j·d·罗杰斯,“蠕变参数的岩石工程规模,”岩石力学和岩石工程,20卷,不。2、137 - 146年,1987页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  81. p . j . Liu, l·乔,j .朱”实验研究与hydro-physico-chemical砂岩蠕变行为和机制影响,”中国岩石力学与工程学报,27卷,不。12日,第2550 - 2540页,2008年。视图:谷歌学术搜索
  82. w·m . Wang Wan,赵y”节理粗糙度系数的确定基于分形维数的2 d联合剖面岩石利用基因表达式编程的,”岩土工程和地质工程,38卷,不。1,第871 - 861页,2020。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  83. w·杨,张,李,和美国,“时间行为的辉绿岩和非线性蠕变模型,”岩石力学和岩石工程卷,47号4、1211 - 1224年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  84. z . Chang h .高,黄,黄j . j . Chen和z .郭,”研究蠕变行为和改进的汉堡的黄土滑坡模型考虑基质吸力,”自然灾害,卷103,不。1,第1497 - 1479页,2020。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  85. h·林,x, y王et al .,“改善非线性nishihara剪切蠕变模型与变量参数如磐石般坚韧的材料,”土木工程的发展卷,2020篇文章ID 7302141, 15页,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  86. c . Zhang y . Wang和t .江“斜直裂纹的传播机制在岩石样本和渗透压的作用下平面双轴压缩,”阿拉伯地球科学杂志》,13卷,不。15,736年,页2020。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  87. w·徐,s .杨谢,j .邵和y . Wang”调查三轴流变力学特性的绿色片岩标本(II):模型分析,“Yantu Lixue /岩石和土壤力学26卷,第698 - 693页,2005年。视图:谷歌学术搜索

版权©2020魏陈等。这是一个开放分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。


更多相关文章

PDF 下载引用 引用
下载其他格式更多的
订单打印副本订单
的观点211年
下载220年
引用

相关文章