《裂隙岩石熱-水-力耦合損傷斷裂與止裂研究》是依託中南大學，由饒秋華擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：裂隙岩石熱-水-力耦合損傷斷裂與止裂研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：饒秋華
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目瞄準國際岩石力學領域研究前沿，立足我國深部礦產和石油開採、地熱開發、核廢料地下處置、地下能源儲存等工程實際，針對目前裂隙岩石熱-水-力（THM）耦合分析存在的問題開展系統深入的研究。基於連續介質力學的基本原理，在非平衡態熱力學、流體力學、損傷力學、斷裂力學等相結合的理論框架下，建立裂隙岩石THM耦合損傷斷裂與止裂理論（含動態控制方程、本構模型、斷裂準則、止裂條件等），揭示THM耦合作用下裂隙岩石的變形、損傷（裂紋萌生）、裂紋擴展、斷裂全過程演變規律；通過THM耦合試驗和斷口分析，研究多物理場參數對裂隙岩石THM耦合損傷斷裂的影響規律，建立其宏-微觀斷裂機理及斷裂韌度測試方法；補充現有的岩石斷裂理論，提出THM耦合作用下裂隙岩石的強度計算、安全評估及止裂方法，不僅對岩石斷裂力學發展具有重要的理論意義，而且對國民經濟建設具有重要的套用價值。
結題摘要
本項目瞄準國際岩石力學領域研究前沿，立足我國深部礦產和石油開採、地熱開發、地下能源儲存、核廢料地下處理等工程實際，系統深入地研究了脆性裂隙岩石熱-水-力（THM）耦合斷裂與止裂問題。在熱力學、流體力學、損傷力學、斷裂力學相結合的理論框架下，首次引入無量綱的水流總熱導係數表示熱-水耦合損傷，建立了脆性岩石THM耦合損傷本構模型，並利用有限元軟體的二次開發平台，編制了該模型的有限元程式，計算並分析了岩石THM耦合應力場、應變場及斷裂趨勢，與實測結果吻合很好。通過在邊界配置法中引入附加的常應力函式，成功地推導出了脆性岩石THM耦合裂尖應力強度因子計算公式，解決了傳統的邊界配置法難以求解裂紋面上有外力作用情形。針對傳統的斷裂力學觀點“斷裂模式（I型、II型和複合型）與載入方式（拉伸、剪下、複合型）一致”僅適用於大多數金屬材料而並非適合脆性岩石問題，提出了斷裂模式取決於裂尖最大應力強度因子比而非載入方式的觀點，建立了新型的脆性岩石THM耦合斷裂準則-應力強度因子比準則，預測了脆性岩石THM耦合斷裂模式，與實測結果吻合很好。通過自行設計的THM耦合試驗系統，研究了多種因素對脆性岩石THM耦合斷裂特性的影響規律，即隨著溫度和水壓的增大、圍壓的減小、裂紋長度的增加和裂紋角度的減小，斷裂模式由剪下斷裂逐步轉化為複合型斷裂、拉伸斷裂；岩性不同，發生斷裂模式轉化的THM耦合場臨界值不同，。並通過斷口金相分析揭示出岩石THM耦合斷裂機理。利用導電膠塗層作為電測介質，自主設計了一種新型的裂紋擴展速度測試方法-導電膠電測法，解決了現有的測試方法（光學法、電學法、聲學法、柔度法等）難以實現THM耦合載入下岩石裂紋擴展速度的連續監測問題，成功地測得了岩石THM耦合裂紋擴展速度，並根據能量法推導了岩石THM耦合裂紋擴展的起裂速度計算公式，計算值與實測值吻合較好。通過自行設計的THM耦合斷裂實驗和導電膠電測法，連續測定了兩種不同的止裂試件（鈍裂紋試件、含對稱孔的裂紋試件）THM耦合裂紋擴展過程參數（包括起裂時間、起裂速度、穩定和失穩擴展速率、擴展時長等），分析了不同孔徑和方位對岩石THM耦合裂紋擴展止裂效應的影響規律。研究結果將補充和完善現有的岩石斷裂力學理論，為深部THM耦合環境下裂隙岩體的強度計算、安全評估及止裂控制提供重要依據，具有重要的理論意義和套用價值。
