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《北京科技大学》 2019年
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Escabrosa石灰岩断裂特性及其岩芯饼化机理研究

吴昊燕  
【摘要】:随着深部地应力的复杂性增加,岩体的破坏形式逐渐呈现多样化,但Ⅰ型断裂破坏与Ⅱ型断裂破坏仍是两种重要的基本形式。本文通过室内物理试验、数值模拟试验、理论推导等研究方法,完成了 Escabrosa石灰岩的基本力学性质和Ⅰ型、Ⅱ型两种断裂韧度测试,而后针对研究较少的Ⅱ型断裂韧度试验,进行了应力分析;从细观方面入手,构建了围压冲切试验细观模型,建立了围压与Ⅱ型断裂韧度的关系;揭示了围压冲切试验中微观裂隙的时空演化规律,提出了 Ⅱ型断裂韧度、岩石抗拉强度与围压的数量关系。在较小围压下:通过围压冲切试验的应力分析结果,得到最大主应力集中于上切口内侧与下切口外侧,揭示了较小围压下应力集中区呈整体“八字”型的规律特点;通过围压冲切试验细观模拟同样得到了“八字”型裂纹扩展特征。该形态特征与Escabrosa石灰岩围压冲切物理试验中的“八字”型试样断裂破坏迹线相吻合。通过围压冲切试验的细观模型计算得到,Ⅱ型断裂韧度值在较小围压下呈线性增长,当围压增大至40MPa时,断裂韧度值逐渐趋于稳定,该规律与众多物理试验结果一致,从而验证了该细观模型对于岩石Ⅱ型断裂韧度试验研究的正确性。此外,随着围压的增加,翼裂纹受到抑制,微观剪切破坏逐渐增多。断裂韧度作为岩石抵抗裂纹扩展的能力,是岩石力学研究中常见的岩石力学性质。所有岩石工程的断裂破坏都离不开裂纹的萌生、扩展和最终贯通,比如岩石钻探工程中常见的岩芯饼化现象,亦是深部高地应力的典型标志之一。本文从裂纹扩展角度,结合岩石断裂力学理论对岩芯饼化现象进行系统研究。使用离散元方法对Indiana石灰岩的岩芯饼化物理试验进行数值模拟,直观地揭示了岩芯饼化现象中裂纹发展及其与三向主应力的关系。三向主应力作用下,垂直向钻孔的岩芯饼化发生的基本条件为:水平最大主应力不小于垂直主应力,且水平最大主应力不小于岩石单轴抗压强度的一半,岩石巴西劈裂抗拉强度的5倍。水平主应力与垂直主应力差值越大,岩饼厚度越小;两水平主应力差值越大,岩饼断面“马鞍形”越明显。一般应力条件下,岩芯饼化起裂于岩芯表面持平于钻孔底面;逆冲断层应力状态下,岩芯饼化起裂于岩芯轴下方约1/2半径处。两处不同的起裂点分别对应岩芯外围和中心的最大轴向应力点。
【学位授予单位】:北京科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TU45

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邱珍锋;王俊杰;胡骏峰;;黏土Ⅰ型断裂韧度影响因素试验[J];水利水电科技进展;2015年06期
2 梁勇;冯锐;;李粮店煤矿大采深地应力分布规律研究[J];江西煤炭科技;2015年02期
3 王成虎;;地应力主要测试和估算方法回顾与展望[J];地质论评;2014年05期
4 张宏伟;荣海;韩军;高照宇;朱峰;;基于应力及能量条件的岩芯饼化机理研究[J];应用力学学报;2014年04期
5 周喻;吴顺川;王莉;严琼;赵伟;张晓平;;等效岩体技术在断续双节理岩石试件破裂机制细观分析中的应用[J];岩土力学;2013年10期
6 徐志强;黎立云;刘一;韩智超;付小明;;Ⅰ型裂纹断裂韧性数值与理论计算比较分析[J];山东科技大学学报(自然科学版);2013年02期
7 张国锋;朱伟;赵培;;徐州矿区深部地应力测量及区域构造作用分析[J];岩土工程学报;2012年12期
8 邓华锋;朱敏;李建林;王宇;罗骞;原先凡;;砂岩Ⅰ型断裂韧度及其与强度参数的相关性研究[J];岩土力学;2012年12期
9 李彦恒;谭可可;冯利;;基于岩饼几何形态测量的原地应力测定方法[J];岩土力学;2012年S2期
10 李启月;孙丽;;基于颗粒流法的岩石断裂韧度确定[J];科技导报;2012年22期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 王涛;;隧洞围岩破坏的颗粒流模拟方法研究[A];第九届全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2006年
2 唐娴;;基于颗粒流程序的沥青混合料颗粒接触模拟[A];中国颗粒学会第六届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集(下)[C];2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 曾冬霞;西藏怒江松塔水电站坝区岩饼及片帮形成机制研究[D];成都理工大学;2014年
2 王志;岩石高温剪切(含Ⅱ型和Ⅲ型)断裂特征的理论与实验研究[D];中南大学;2007年
3 朱伟;徐州矿区深部地应力测量及分布规律研究[D];山东科技大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张宏伟;荣海;陈建强;韩军;孙秉成;霍丙杰;漆涛;;基于地质动力区划的近直立特厚煤层冲击地压危险性评价[J];煤炭学报;2015年12期
2 吕卫东;杨永杰;马金宝;马德鹏;孙文亮;;济北矿区地应力测量及分布特征研究[J];煤炭科学技术;2015年11期
3 刘洪磊;王培涛;杨天鸿;徐涛;于庆磊;夏冬;;基于离散元方法的花岗岩单轴压缩破裂过程的声发射特性[J];煤炭学报;2015年08期
4 阎锡东;刘红岩;邢闯锋;李超;;冻融循环条件下岩石弹性模量变化规律研究[J];岩土力学;2015年08期
5 周喻;张怀静;吴顺川;高永涛;孙浩;叶强;李健;;节理连通率对岩体力学特性影响的细观研究[J];岩土力学;2015年S2期
6 李涛;陈刚;付乙财;兰永伟;刁恩鹏;李明亮;;地应力分布规律对煤与瓦斯突出的影响[J];价值工程;2015年12期
7 高潮;何宇廷;崔荣洪;伍黎明;;过渡状态下材料断裂韧性的计算方法[J];北京航空航天大学学报;2015年04期
8 王波;高延法;朱伟;;旗山煤矿深部地应力测量及地应力场分布规律[J];华北科技学院学报;2015年02期
9 SUN Dong-sheng;ZHAO Wei-hua;LI A-wei;ZHANG An-bin;;Analysis on method for effective in-situ stress measurement in hot dry rock reservoir[J];Journal of Groundwater Science and Engineering;2015年01期
10 周喻;高永涛;吴顺川;严琼;孙浩;;等效晶质模型及岩石力学特征细观研究[J];岩石力学与工程学报;2015年03期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 石凯;铜绿山矿深部岩爆机理及开采地压危害预警研究[D];中国地质大学;2018年
2 王坤;高庙地区沙溪庙组储层及其地应力特征研究[D];成都理工大学;2015年
3 乔彦伟;地应力测量技术在煤矿开采中的应用[D];内蒙古科技大学;2014年
4 马元军;急倾斜薄矿脉群开采矿压显现规律研究[D];中南大学;2014年
5 徐令令;高过载工况下滚珠丝杠副的失效分析与性能试验研究[D];南京理工大学;2014年
6 王孝健;高地应力区地下工程围岩变形破坏模式研究[D];长安大学;2013年
7 张泽;大台煤矿深部原岩应力场及岩爆地质力学成因分析[D];山东科技大学;2010年
8 桑孝伟;深部煤炭储层参数反演预测[D];中国地质大学(北京);2010年
9 方振;温度—应力—化学(TMC)耦合条件下岩石损伤模型理论与实验研究[D];中南大学;2010年
10 马明雷;岩石热—力—化学(TMC)耦合断裂韧度与断裂机理研究[D];中南大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张涟英;黄宏辉;郑甲佳;;贵州高速公路红粘土边坡稳定分析[J];贵州大学学报(自然科学版);2014年03期
2 王培清;付强;;降雨入渗对裂隙性红粘土边坡的稳定性影响分析[J];公路工程;2013年05期
3 白金朋;彭华;马秀敏;姜景捷;李振;;深孔空心包体法地应力测量仪及其应用实例[J];岩石力学与工程学报;2013年05期
4 严鹏;卢文波;陈明;李涛;周创兵;;高应力取芯卸荷损伤及其对岩石强度的影响[J];岩石力学与工程学报;2013年04期
5 祁玉萍;李闽峰;李圣强;王斌;刘桂平;;地震震源机制波形自动反演系统的研究现状与展望[J];地震;2013年01期
6 杨圣奇;;断续三裂隙砂岩强度破坏和裂纹扩展特征研究[J];岩土力学;2013年01期
7 金爱兵;李兵;邓富根;;断续节理对岩体力学性能的影响[J];北京科技大学学报;2012年12期
8 兰天伟;张宏伟;韩军;宋卫华;吴恒;蔡忠超;;基于应力及能量条件的岩爆发生机理研究[J];采矿与安全工程学报;2012年06期
9 李彦恒;谭可可;冯利;;基于岩饼几何形态测量的原地应力测定方法[J];岩土力学;2012年S2期
10 廖培伟;唐红梅;;土体断裂韧度K_(IC)试验研究[J];重庆交通大学学报(自然科学版);2012年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 李占海;动态扰动触发高静应力岩石发生破裂的研究[D];东北大学;2008年
2 崔建凯;大渡河长河坝水电站河谷应力场特征及应用研究[D];成都理工大学;2007年
3 李雷;基于WEB GIS的中南大学数字地质博物馆的建设模型分析及功能实现[D];中南大学;2005年
4 张晓;小孔径水压致裂地应力测量技术研究及现场应用[D];煤炭科学研究总院;2004年
5 张宁;岩体初始地应力场发育规律研究[D];浙江大学;2002年
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中国期刊全文数据库 前10条
1 谢宗蕻;蔡书杰;郭奇;李想;;碳纤维增强复合材料层间断裂韧度[J];航空材料学报;2018年04期
2 毕重;王学志;任莉莉;赵辛;姜国伟;;碾压混凝土名义断裂韧度尺寸效应公式适用性的试验探讨[J];混凝土;2011年02期
3 黄焕谦;吕黄;胡若邻;;混凝土双K断裂韧度的尺寸效应[J];混凝土;2010年02期
4 王学志;毕重;任莉莉;翟诚;朱朝艳;;缝高比对碾压混凝土名义断裂韧度的影响[J];混凝土;2010年06期
5 冯峰;韦重耕;王启智;;用中心直裂纹平台巴西圆盘测试岩石动态断裂韧度的尺寸效应[J];工程力学;2009年04期
6 张盛;王启智;梁亚磊;;裂缝长度对岩石动态断裂韧度测试值影响的研究[J];岩石力学与工程学报;2009年08期
7 孙建军;方陆鹏;段虹;;正火对16Mn热轧钢板断裂韧度J_(ⅠC)的影响[J];天津工业大学学报;2007年02期
8 陶亮;虞青俊;李玉龙;周志华;;射孔枪材料动态断裂韧度的试验研究[J];石油机械;2006年06期
9 胡艳华;杨尚林;;12Cr1MoV钢动态断裂韧度的估算研究[J];机械工程与自动化;2006年04期
10 张庄,洪刚,任立志;金属材料夏比冲击试样动态断裂韧度的测试[J];物理测试;2005年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 高怡斐;沈俊昶;;10Ni8CrMoV钢动态断裂韧度与显微组织结构的研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
2 冯义辉;张泰华;郇勇;;纳米压入识别脆性材料断裂韧度的新方法[A];2010年海峡两岸材料破坏/断裂学术会议暨第十届破坏科学研讨会/第八届全国MTS材料试验学术会议论文集[C];2010年
3 邓传斌;李苹;吴泽志;;复合材料断裂韧度G_(ⅡC)的实验测定[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
4 安兵兵;张东升;;皮质骨的断裂韧度测试技术研究[A];第十二届全国实验力学学术会议论文摘要集[C];2009年
5 黄培彦;胡瀚;郑顺潮;郭馨艳;胡若邻;;混凝土双K断裂韧度的尺寸效应[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
6 陈志松;李明秀;黎立云;张新;谢志明;;温度及围压作用下泥岩Ⅱ型断裂韧度实验及模拟分析[A];北京力学会第21届学术年会暨北京振动工程学会第22届学术年会论文集[C];2015年
7 张晓欣;刘瑞堂;邹广平;;动态断裂韧度测试过程中的惯性效应分析[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(上)[C];2005年
8 刘永光;李忠献;;混凝土等效断裂韧度的虚拟裂缝模型解析方法[A];2005年全国博士生学术论坛(土木建筑学科)论文集[C];2005年
9 李莹;陈亮;刘建锋;王春萍;王驹;;饱和与干燥状态下北山花岗岩断裂韧度变化研究[A];第六届废物地下处置学术研讨会论文集[C];2016年
10 樊鸿;张盛;王启智;;岩石断裂韧度试样CCNBD临界应力强度因子的全新数值标定[A];中国软岩工程与深部灾害控制研究进展——第四届深部岩体力学与工程灾害控制学术研讨会暨中国矿业大学(北京)百年校庆学术会议论文集[C];2009年
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1 范兴川 闫佳 李丽佳 杨洁;与时俱进 唱响时代主旋律(01)[N];科技日报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴昊燕;Escabrosa石灰岩断裂特性及其岩芯饼化机理研究[D];北京科技大学;2019年
2 龚爽;冲击载荷作用下煤的动态拉伸及Ⅰ型断裂力学特性研究[D];中国矿业大学(北京);2018年
3 孟涛;卤水腐蚀环境下石膏夹层静态断裂与蠕变断裂力学特性实验研究[D];太原理工大学;2016年
4 陈云俊;固体氧化物燃料电池电解质在力—电化学耦合场下断裂行为的研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
5 刘永光;混凝土等效断裂韧度的计算模式与钢筋混凝土梁裂缝的诊断方法[D];天津大学;2007年
6 吴瑶;混凝土定常与非定常扩展下断裂韧度的研究与应用[D];浙江大学;2017年
7 肖光春;基于局部法的预应变下高强钢断裂预测研究[D];天津大学;2011年
8 安兵兵;生物硬组织材料的变形与断裂机理研究及材料设计[D];上海大学;2012年
9 冯慧;纳米晶体材料中微结构演变与断裂韧度研究[D];湖南大学;2014年
10 董作超;煤矸石集料混凝土的力学性能与抗碳化试验研究[D];中国矿业大学;2016年
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1 王尚;连续球压头压入试验测算压力容器钢断裂韧度方法研究[D];山东大学;2018年
2 唐柳婷;Al-Ti-Zr金属间化合物的制备及性能研究[D];西南交通大学;2018年
3 李泽华;重塑黏土Ⅰ型断裂韧度试验研究[D];南京大学;2018年
4 李怀辉;压实黏土断裂破坏特性研究[D];南京大学;2018年
5 鲁义强;采用P-CCNBD试样测试大理岩动态断裂韧度的实验研究[D];河南理工大学;2017年
6 张国新;自动球压头压入试验法测算核容器钢断裂韧度的研究[D];山东大学;2017年
7 李战鲁;分离式霍普金森压杆加载下岩石动态断裂韧度测定的实验研究[D];四川大学;2006年
8 杨向浩;采用三维分析方法确定岩石动态断裂韧度的研究[D];河南理工大学;2014年
9 喻常雄;混凝土大坝接缝灌浆缝剪切断裂过程及其断裂韧度的研究[D];大连理工大学;2006年
10 温茂萍;高聚物粘结炸药平面应变断裂韧度实验研究[D];四川大学;2002年
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