熱力耦合作用巖石的微細觀破壞力學

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 巖石力學研究概況 1
1.2 熱力耦合巖石力學的工程背景 3
1.2.1 深部開采及煤地下氣化 3
1.2.2 核廢料深埋地質處置 5
1.2.3 其他背景 6
1.2.4 熱力耦合巖石力學研究的意義 7
1.3 溫度和應力對巖石力學行為的影響 7
1.3.1 圍壓對巖石力學性質的影響 7
1.3.2 溫度對巖石力學性質的影響 14
1.3.3 巖石多場耦合 18
1.3.4 巖石的熱開裂 21
參考文獻 23
第2章 帶加載裝置的微細觀破壞實驗掃描電鏡裝置 29
2.1 掃描電鏡簡介 30
2.2 帶加載裝置的原位SEM工作原理 32
2.3 帶加載裝置的原位SEM加載方式 38
2.4 實驗樣品準備 40
2.5 典型實驗結果 42
參考文獻 44
第3章 砂巖熱開裂的細觀機制及模型 46
3.1 巖樣制備及成分分析 47
3.1.1 砂巖試件制備 47
3.1.2 砂巖磨片結構分析 48
3.1.3 砂巖成分分析 49
3.2 高溫SEM實驗系統(tǒng)和升溫流程 50
3.3 砂巖熱開裂的細觀實驗 52
3.3.1 溫度30℃、35℃、40℃、45℃和50℃的熱開裂 52
3.3.2 溫度100℃的熱開裂 53
3.3.3 溫度150℃的熱開裂 53
3.3.4 溫度200℃的熱開裂 54
3.3.5 溫度250℃的熱開裂 58
3.3.6 溫度300℃的熱開裂 60
3.4 砂巖漸進熱開裂過程及臨界熱開裂溫度 61
3.4.1 砂巖裂縫結構變化的三階段 62
3.4.2 砂巖熱開裂的分類 63
3.4.3 砂巖熱開裂的臨界溫度 63
3.5 砂巖熱開裂機制和細觀力學模型 65
3.6 不同溫度影響下砂巖熱裂紋的統(tǒng)計 68
3.7 不同溫度影響下砂巖熱開裂的分形演化特征 71
3.7.1 沿晶熱裂紋的分形模型 74
3.7.2 晶內熱裂紋的分形模型 75
3.7.3 沿晶和穿晶熱裂紋的分形模型 76
3.8 砂巖熱開裂的影響因素 79
3.8.1 巖石礦物成分的影響 79
3.8.2 巖石礦物結構的影響 80
3.8.3 礦物顆粒大小及形狀的影響 80
3.8.4 黏土膠結類型和膠結程度的影響 81
3.8.5 升溫速率的影響 81
參考文獻 83
第4章 熱力耦合作用下砂巖的細觀拉伸破壞 86
4.1 拉伸破壞加載制度 87
4.2 低溫熱力耦合作用下砂巖的原位細觀破壞過程 87
4.2.1 室溫25℃時的破壞過程 88
4.2.2 溫度30℃時的破壞過程 89
4.2.3 溫度35℃時的破壞過程 90
4.2.4 溫度40℃時的破壞過程 90
4.2.5 溫度45℃時的破壞過程 91
4.2.6 溫度50℃時的破壞過程 92
4.2.7 溫度100℃時的破壞過程 93
4.3 高溫熱力耦合作用下砂巖的原位細觀破壞過程 94
4.3.1 溫度125℃時的破壞過程 94
4.3.2 溫度150℃時的破壞過程 95
4.3.3 溫度175℃時的破壞過程 98
4.3.4 溫度200℃時的破壞過程 100
4.3.5 溫度250℃時的破壞過程 102
4.3.6 溫度300℃時的破壞過程 104
4.4 熱力耦合作用砂巖破壞實驗參數(shù) 106
4.4.1 不同溫度下砂巖的荷載-位移曲線 106
4.4.2 不同溫度下砂巖的名義應力-應變曲線 108
4.4.3 熱力耦合砂巖的破壞荷載及位移 110
4.4.4 溫度對砂巖抗拉強度的影響 114
4.4.5 熱力耦合砂巖破壞位置分布 115
4.5 熱力耦合作用砂巖破壞分析和討論 117
4.6 基于實驗的熱力耦合作用砂巖的分段強度理論 120
參考文獻 123
第5章 熱力耦合作用下砂巖拉伸斷裂韌性及微變形測量 124
5.1 不同溫度影響下砂巖的拉伸斷裂韌性 125
5.1.1 實驗介紹 125
5.1.2 熱力耦合作用下砂巖拉伸斷裂實驗結果 126
5.1.3 熱力耦合作用下砂巖的斷裂韌性分析 127
5.2 不同溫度影響下拉伸砂巖斷裂的微變形場測量 134
5.2.1 巖石斷裂微變形場測試原理 135
5.2.2 砂巖拉伸斷裂過程局部微變形測量 137
5.2.3 砂巖拉伸斷裂過程全場微變形測量 140
參考文獻 143
第6章 不同溫度處理后細觀砂巖三點彎曲破壞機制 145
6.1 三點彎曲砂巖試件制作及實驗介紹 146
6.1.1 三點彎曲砂巖試件尺寸 146
6.1.2 三點彎曲砂巖試件熱處理過程 148
6.1.3 三點彎曲砂巖破壞實驗流程 148
6.2 不同溫度熱處理后砂巖三點彎曲細觀破壞過程 149
6.2.1 室溫25℃的破壞過程 149
6.2.2 溫度50℃的破壞過程 150
6.2.3 溫度100℃的破壞過程 152
6.2.4 溫度125℃的破壞過程 155
6.2.5 溫度150℃的破壞過程 157
6.2.6 溫度175℃的破壞過程 160
6.2.7 溫度200℃的破壞過程 162
6.2.8 溫度300℃的破壞過程 164
6.2.9 溫度400℃的破壞過程 166
6.2.10 溫度500℃的破壞過程 167
6.2.11 溫度600℃的破壞過程 169
6.3 不同溫度熱處理后砂巖三點彎曲破壞的荷載-位移曲線 170
6.4 不同溫度熱處理后砂巖的斷裂機理 172
6.5 均質和非均質砂巖三點彎曲破壞機理的模擬分析 174
參考文獻 180
第7章 不同溫度熱處理后砂巖的彎曲斷裂及破壞參數(shù) 181
7.1 不同溫度熱處理后砂巖三點彎曲的斷裂韌度 182
7.2 不同溫度熱處理后砂巖的彎曲斷裂能 186
7.3 溫度對砂巖的彈性模量影響 191
7.4 溫度影響下砂巖的熱損傷模型 197
7.4.1 砂巖試件的熱損傷 197
7.4.2 熱處理后砂巖的損傷演化方程 198
7.5 熱處理后砂巖試件的延性比 200
參考文獻 204
第8章 熱力耦合作用下砂巖的斷口形貌及細觀機制 206
8.1 熱力耦合作用下砂巖的微觀斷口形貌比較 207
8.1.1 不同溫度影響后的局部解理斷口 207
8.1.2 不同溫度影響后的局部疲勞斷口 212
8.1.3 溫度影響后的塑性特征 216
8.2 熱力耦合作用下砂巖破壞的細觀機制 217
8.2.1 解理斷裂與準解理斷裂 217
8.2.2 疲勞斷裂 230
8.2.3 沿晶斷裂 234
8.2.4 非主斷裂面的二次裂紋和碎裂破壞 236
8.2.5 局部延性斷裂 238
8.2.6 其他斷口形貌 239
8.3 巖石細觀破壞過程的損傷描述 246
8.4 掃描電鏡下斷口形貌的三維重建及分形維數(shù)的測量 247
8.4.1 斷口形貌三維重建基本原理 248
8.4.2 巖石斷口表面形貌SEM實驗 249
8.4.3 巖石斷口表面形貌三維重構結果 250
8.4.4 斷口表面分形維數(shù)的計算 252
參考文獻 256
第9章 熱力耦合作用下巖石的屈服和流變模型 258
9.1 熱力耦合作用下巖石變形破壞過程的能量耗散和能量釋放分析 258
9.2 熱力耦合作用下巖石破壞的熱力學理論基礎 260
9.2.1 巖石體積單元的能量守恒定律 260
9.2.2 熵的產生——熱力學第二定律 261
9.2.3 熱力耦合作用下巖石破壞的本構 263
9.3 基于能量耗散和能量釋放原理的熱力耦合巖石破壞準則 265
9.3.1 受壓情況的整體破壞準則 267
9.3.2 受拉情況的整體破壞準則 268
9.4 熱力耦合作用下巖石的屈服破壞 269
9.5 熱力耦合作用下巖石流變模型的本構 274
9.5.1 熱力耦合作用下的流變元件 274
9.5.2 熱力耦合作用下的西原模型的本構 275
9.5.3 模型討論 282
參考文獻 285
第10章 結束語 287