酸腐蚀条件下石膏岩单轴压缩蠕变损伤特性及本构模型研究

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以湖南常德临澧县石膏矿矿区的石膏岩作为研究对象,采用RYL-600三轴岩石剪切流变仪、MTS815多功能岩石力学试验机对石膏岩进行了单轴压缩试验、三轴压缩试验,分别对处于p H=7的水、p H=6和p H=5的盐酸溶液条件下的石膏岩进行了单轴压缩蠕变试验,采用SU3500电镜扫描仪对酸腐蚀前后的石膏岩进行了电镜扫描试验,在石膏岩单轴蠕变试验的基础上,采用伯格斯模型与NVPB模型串联,建立了一个非线性蠕变本构模型来描述酸腐蚀条件下石膏岩的蠕变特性,并对该模型进行了验证。通过一系列的研究表明:(1)单轴压缩条件下,从开始加载到石膏岩试件发生破坏的这个过程,主要分为原始裂隙压密阶段、弹性变形阶段、塑性变形阶段、破坏后阶段。岩样主要为单斜面剪切破坏和X状共轭斜面剪切破坏,并伴随有拉伸破坏。三轴压缩条件下,石膏岩的三轴抗压强度、残余强度以及变形参数随着围压的增加都有相应的增加。围压为10MPa三轴压缩状态下的石膏岩是呈脆性破坏;而围压为20MPa与围压为30MPa三轴压缩状态下的石膏岩呈延性破坏。石膏岩破坏形态主要表现为斜面剪切破坏。(2)对于酸腐蚀条件下单轴压缩蠕变试验,在第一次干燥状态下分级加载的三个应力等级,三组试件的应变增量几乎不存在差别,这表明了三组试样离散性较小,试验结果可靠。在第二次加载的时候,由于加入了水和酸,试样发生了破坏,加入p H=5的盐酸的石膏岩试件在第一个应力等级就发生了破坏;而加入p H=6的盐酸与加入p H=7的水的石膏岩试件均在第二个应力等级发生破坏;三组试样破坏形式基本相同,均有劈裂以及不同程度的端部损伤破坏,不同的是,前者发生破坏的时间早于后者,这说明酸性越强,对试样的蠕变影响越大。(3)从微观结构上,干燥状态下的岩样结构紧密完整,整体较为均质;而通过水与酸浸泡后的岩样,孔隙明显增多且十分密集,有较大尺寸的孔隙出现,结构疏松,由于孔隙的剧增,岩样的表明几乎成“窟窿”状。非亲水性矿物和不能与盐酸反应的矿物暴露在岩样表面。(4)采用伯格斯模型与NVPB模型进行串联,从而建立出了一个新的非线性蠕变本构模型,用以描述酸腐蚀条件下石膏岩蠕变特性。(5)用Origin软件辨识得到的蠕变模型参数,通过试验曲线与拟合曲线的对比,证明了该模型的正确性及合理性。
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