三轴压缩岩石应变软化及渗透率演化的试验和数值模拟

摘要：

三轴压缩下岩石峰后应变软化行为及渗透率演化规律是岩石工程稳定性分析的基础.取新疆巴里坤砂岩样在室内开展了三轴压缩试验和三轴渗流试验,获得了不同围压下巴里坤砂岩的全程应力应变曲线、体积应变与渗透率关系曲线.试验结果表明:随着围压增加,岩石峰后残余强度增加,体积扩容和脆性减弱;随着轴向应变增加,岩石先发生弹性压缩,空隙空间减小,渗透率降低;当应力达到屈服强度,岩石内裂隙开始扩展,渗透率降低速率趋缓;在峰值应力后,岩样破坏,裂隙扩展加速,并伴有新裂隙的萌生,岩样渗透率开始快速增长,岩样的渗透率呈"V"型变化.提出了描述围压对岩石峰后脆性影响的新参数,即脆性模量系数,围压与脆性模量系数之间服从负指数关系.基于脆性模量系数、强度退化指数和扩容指数,建立了考虑围压影响的岩石应变软化模型.在分析体积应变与岩石渗透率之间关系基础上,建立了基于体积应变增透率的岩石渗透率演化模型.在FLAC下模拟了巴里坤砂岩不同围压下的应变软化行为和渗透率演化过程,结果表明:岩石应变软化模型能很好地模拟围压对岩石残余强度、体积扩容和峰后脆性的影响;所示模型能较好地模拟围压和剪胀对岩石渗透率的影响;岩样峰后内部出现了明显的剪切破坏带,剪切破坏带与大主应力的夹角随着围压的增加而增大.在剪切破坏带内单元的渗透率显著增长,最后形成了一个流动通道.

关键词：脆性模量系数、应变软化、渗透率、三轴压缩

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分类号：TD315(矿山压力与支护)

资助基金：国家自然科学基金资助项目51274079,51274110,51574139

在线出版日期：2016-02-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：1774-1782