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《中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所)》 2003年
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盐岩的静、动力学特性实验研究与理论分析

吴文  
【摘要】: 本文主要针对盐岩中能源储存或者废弃物(核废料和有毒垃圾)处置中的相关力学问题(静态的强度特性、蠕变特性和冲击荷载作用下的动态特性)对盐岩的动、静力学特性进行了系统的实验研究与理论分析。 实验研究与理论分析主要分成两大类:其一是盐岩的静态实验研究包括盐岩的单轴和等围压三轴压缩实验研究、单轴和三轴蠕变实验研究;其二是盐岩在冲击荷载作用下的动态实验研究。实验研究的加载应变率从10-9s-1(蠕变实验)、10-4s-1(压缩实验)到10+4s-1--10+6s-1(冲击实验)。(1)单轴和三轴实验研究:分析研究了盐岩单轴和三轴压缩实验的力学特性,结合单轴压缩实验的应力应变全过程曲线,进行了单轴损伤本构关系的理论分析和实验结果的模拟;结合三轴压缩实验的应力应变实验资料,借助扰动态概念模型,建立了盐岩三轴损伤本构关系并对实验结果进行了模拟。(2)单轴和三轴蠕变实验:分析研究了盐岩的单轴和三轴蠕变力学特性;对目前主要的盐岩蠕变本构方程进行了简述和探讨;根据实验结果和盐岩的损伤特征建立了盐岩稳态损伤蠕变率本构方程,根据粘弹塑性模型理论建立了盐岩初始蠕变本构方程,并将本文建立的本构模型与Hou/Lux模型及实验结果进行了对比分析,结果显示本文的模型与实验结果吻合较好;结合固体材料蠕变机理分析,对盐岩的蠕变机理的率方程进行了简化,借助前人研究的结果建立了盐岩蠕变机理图,并对高温作用下盐岩蠕变的微观结构进行了分形分析。(3)由于盐岩中能源储存存在地下爆炸危险的可能性,对盐岩进行了冲击动力学特性研究即剪切波跟踪技术冲击实验研究(简称SWT方法),实验中第一次发现了两个现象:一是盐岩在压剪联合冲击过程中除了常规的4道冲击波外,在卸载压缩波到来之前,还有一道卸载剪切波;二是盐岩在冲击过程中,盐岩在局部位置产生熔化,使盐岩的损伤因熔化再结晶而产生恢复;根据盐岩在冲击荷载作用下的力学特性,借助应力波理论和损伤理论,建立了盐岩冲击过程本构关系和状态方程;对冲击作用下的盐岩模型进行了研究,并进行了数值模拟分析。获得了一些有益的结论。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TU458

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