北山花岗岩温度效应试验研究及粘弹塑性分析

【摘要】： 高放核废料处置问题是世界各国都十分关注的问题。在众多岩石中，由于花岗岩具有渗透性小、致密、强度高等一系列适合核废料、石油、天然气贮存的特点，国际上对花岗岩在高温下的力学行为进行了大量的研究。我国近年来在这方面也做了许多有益的研究工作，初步确定北山花岗岩区域为我国高放废料处置场。本文选择甘肃北山花岗岩作为研究对象，对花岗岩温度影响下的力学行为进行了初步的试验研究，结合损伤力学和粘弹塑性理论在热应力耦合和岩石蠕变本构方程方面进行了尝试性的工作。 首先利用改进的三点弯曲试验在MTS实验机上进行了岩石力学性能和蠕变测试，得到了花岗岩在温度影响下的弹性模量和断裂韧度以及抗拉强度变化规律，并得到了200℃下北山花岗岩蠕变全过程曲线。 运用损伤力学基础理论，通过引入断裂韧度和弹性模量热损伤分析，给出了损伤因子随温度和时间变化行为方程式；研究了花岗岩试件受温度热应力作用下损伤变化规律，给出了温度和时间损伤效应条件下损伤因子演化方程。 结合西原流变模型，引入时温耦合损伤因子对西原模型弹性体和粘弹性体进行改进，得到了考虑时温效应损伤作用的流变模型。 运用粘弹塑性基本理论，对改进后的西原流变模型时空离散并拓展到三维空间，给出了适合数值计算的屈服准则和流动矢量求解方法；给出了西原流变模型数值计算基本方法和步骤。并对三点弯曲流变试验进行了数值模拟，结果也证明了改进后的西原模型与实测值的吻合性。