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科技创新
尹光志团队揭示应力Lode角旋转对岩石变形影响较大
2017-09-21 17:05:46   来源: 岩石力学与工程学报

    岩石在应力作用下的变形、强度等相关力学性质,一直是岩石力学试验研究的重点。但现有大量试验多是以圆柱体试样在轴对称应力(σ1>σ2 =σ3 )条件下进行的,忽略了中间主应力σ2的影响,这与实际地应力状况不相符。


  塑性力学理论认为,球应力(平均应力p)主要改变材料的体积变化,偏应力(广义剪应力q)主要影响材料的形状变化。但上述真三轴试验都是在主应力轴固定的条件下进行的,没有考虑应力Lode 角变化对岩石变形、强度、微裂隙发育、破坏形态等性质的影响。


  关于应力Lode 角变化对土类材料变形性质影响的研究,已有一定的进展,但在岩石类材料领域研究甚少。


  重庆大学尹光志教授团队在近期发表的《应力 Lode 角对砂岩变形特性影响》一文中,基于自主研发的“多功能真三轴流固耦合试验系统”,进行真三轴应力(σ1>σ2 >σ3 )条件下,保持球应力、偏应力不变而改变应力Lode 角试验,研究了应力Lode 角旋转对岩石变形特性的影响。


应力加载图及应力空间图


  研究人员发现,应力Lode 角旋转对岩石的变形有较大影响。当应力Lode 角旋转一周回到初始状态后,产生了不可恢复的塑形变形,且球应力、偏应力对变形的影响不同。


  应力Lode 角旋转过程中,3个主应变、体应变均会发生不可恢复的塑性变形。偏应力相等时,随着偏应力比M的增大,3 个主应变和体应变均逐渐增大;球应力相等时,3 个主应变及体应变随M的增大呈现先增大后减小的趋势。


  球应力、偏应力对岩石变形有重要作用。偏应力相等、球应力较小时,岩石内部以空隙、裂隙以压缩为主导,随偏应力比M 的增大,偏应变表现为递增趋势。当球应力相等、偏应力较大时,岩石内部以裂纹扩展为主导,偏应变又会出现增大趋势。


  由于应力Lode 角的旋转,岩石内部由应力集中导致的裂纹扩展区不断萌生新的裂纹。球应力相等,偏应力较大时,试件会失稳破坏。


  研究人员最后指出,试验仅对真三轴应力条件下较小范围内的球应力、偏应力对砂岩变形影响进行了初步研究,随后还将对球应力、偏应力在较大范围内变化对岩石变形、破坏的影响进行深入研究。



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