熱力耦合作用巖石的微細(xì)觀破壞力學(xué)

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 巖石力學(xué)研究概況 1
1.2 熱力耦合巖石力學(xué)的工程背景 3
1.2.1 深部開(kāi)采及煤地下氣化 3
1.2.2 核廢料深埋地質(zhì)處置 5
1.2.3 其他背景 6
1.2.4 熱力耦合巖石力學(xué)研究的意義 7
1.3 溫度和應(yīng)力對(duì)巖石力學(xué)行為的影響 7
1.3.1 圍壓對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響 7
1.3.2 溫度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響 14
1.3.3 巖石多場(chǎng)耦合 18
1.3.4 巖石的熱開(kāi)裂 21
參考文獻(xiàn) 23
第2章 帶加載裝置的微細(xì)觀破壞實(shí)驗(yàn)掃描電鏡裝置 29
2.1 掃描電鏡簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)樣品準(zhǔn)備 40
2.5 典型實(shí)驗(yàn)結(jié)果 42
參考文獻(xiàn) 44
第3章 砂巖熱開(kāi)裂的細(xì)觀機(jī)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(jié)構(gòu)分析 48
3.1.3 砂巖成分分析 49
3.2 高溫SEM實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和升溫流程 50
3.3 砂巖熱開(kāi)裂的細(xì)觀實(shí)驗(yàn) 52
3.3.1 溫度30℃、35℃、40℃、45℃和50℃的熱開(kāi)裂 52
3.3.2 溫度100℃的熱開(kāi)裂 53
3.3.3 溫度150℃的熱開(kāi)裂 53
3.3.4 溫度200℃的熱開(kāi)裂 54
3.3.5 溫度250℃的熱開(kāi)裂 58
3.3.6 溫度300℃的熱開(kāi)裂 60
3.4 砂巖漸進(jìn)熱開(kāi)裂過(guò)程及臨界熱開(kāi)裂溫度 61
3.4.1 砂巖裂縫結(jié)構(gòu)變化的三階段 62
3.4.2 砂巖熱開(kāi)裂的分類(lèi) 63
3.4.3 砂巖熱開(kāi)裂的臨界溫度 63
3.5 砂巖熱開(kāi)裂機(jī)制和細(xì)觀力學(xué)模型 65
3.6 不同溫度影響下砂巖熱裂紋的統(tǒng)計(jì) 68
3.7 不同溫度影響下砂巖熱開(kāi)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(nèi)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(kāi)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(jié)構(gòu)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(jié)類(lèi)型和膠結(jié)程度的影響 81
3.8.5 升溫速率的影響 81
參考文獻(xiàn) 83
第4章 熱力耦合作用下砂巖的細(xì)觀拉伸破壞 86
4.1 拉伸破壞加載制度 87
4.2 低溫?zé)崃︸詈献饔孟律皫r的原位細(xì)觀破壞過(guò)程 87
4.2.1 室溫25℃時(shí)的破壞過(guò)程 88
4.2.2 溫度30℃時(shí)的破壞過(guò)程 89
4.2.3 溫度35℃時(shí)的破壞過(guò)程 90
4.2.4 溫度40℃時(shí)的破壞過(guò)程 90
4.2.5 溫度45℃時(shí)的破壞過(guò)程 91
4.2.6 溫度50℃時(shí)的破壞過(guò)程 92
4.2.7 溫度100℃時(shí)的破壞過(guò)程 93
4.3 高溫?zé)崃︸詈献饔孟律皫r的原位細(xì)觀破壞過(guò)程 94
4.3.1 溫度125℃時(shí)的破壞過(guò)程 94
4.3.2 溫度150℃時(shí)的破壞過(guò)程 95
4.3.3 溫度175℃時(shí)的破壞過(guò)程 98
4.3.4 溫度200℃時(shí)的破壞過(guò)程 100
4.3.5 溫度250℃時(shí)的破壞過(guò)程 102
4.3.6 溫度300℃時(shí)的破壞過(guò)程 104
4.4 熱力耦合作用砂巖破壞實(shí)驗(yàn)參數(shù) 106
4.4.1 不同溫度下砂巖的荷載-位移曲線(xiàn) 106
4.4.2 不同溫度下砂巖的名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn) 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(duì)砂巖抗拉強(qiáng)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(shí)驗(yàn)的熱力耦合作用砂巖的分段強(qiáng)度理論 120
參考文獻(xiàn) 123
第5章 熱力耦合作用下砂巖拉伸斷裂韌性及微變形測(cè)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(shí)驗(yàn)介紹 125
5.1.2 熱力耦合作用下砂巖拉伸斷裂實(shí)驗(yàn)結(jié)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(chǎng)測(cè)量 134
5.2.1 巖石斷裂微變形場(chǎng)測(cè)試原理 135
5.2.2 砂巖拉伸斷裂過(guò)程局部微變形測(cè)量 137
5.2.3 砂巖拉伸斷裂過(guò)程全場(chǎng)微變形測(cè)量 140
參考文獻(xiàn) 143
第6章 不同溫度處理后細(xì)觀砂巖三點(diǎn)彎曲破壞機(jī)制 145
6.1 三點(diǎn)彎曲砂巖試件制作及實(shí)驗(yàn)介紹 146
6.1.1 三點(diǎn)彎曲砂巖試件尺寸 146
6.1.2 三點(diǎn)彎曲砂巖試件熱處理過(guò)程 148
6.1.3 三點(diǎn)彎曲砂巖破壞實(shí)驗(yàn)流程 148
6.2 不同溫度熱處理后砂巖三點(diǎn)彎曲細(xì)觀破壞過(guò)程 149
6.2.1 室溫25℃的破壞過(guò)程 149
6.2.2 溫度50℃的破壞過(guò)程 150
6.2.3 溫度100℃的破壞過(guò)程 152
6.2.4 溫度125℃的破壞過(guò)程 155
6.2.5 溫度150℃的破壞過(guò)程 157
6.2.6 溫度175℃的破壞過(guò)程 160
6.2.7 溫度200℃的破壞過(guò)程 162
6.2.8 溫度300℃的破壞過(guò)程 164
6.2.9 溫度400℃的破壞過(guò)程 166
6.2.10 溫度500℃的破壞過(guò)程 167
6.2.11 溫度600℃的破壞過(guò)程 169
6.3 不同溫度熱處理后砂巖三點(diǎn)彎曲破壞的荷載-位移曲線(xiàn) 170
6.4 不同溫度熱處理后砂巖的斷裂機(jī)理 172
6.5 均質(zhì)和非均質(zhì)砂巖三點(diǎn)彎曲破壞機(jī)理的模擬分析 174
參考文獻(xiàn) 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(diǎn)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(duì)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(xiàn) 204
第8章 熱力耦合作用下砂巖的斷口形貌及細(xì)觀機(jī)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(xì)觀機(jī)制 217
8.2.1 解理斷裂與準(zhǔn)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(xì)觀破壞過(guò)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(cè)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(shí)驗(yàn) 249
8.4.3 巖石斷口表面形貌三維重構(gòu)結(jié)果 250
8.4.4 斷口表面分形維數(shù)的計(jì)算 252
參考文獻(xiàn) 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(guò)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(xué)理論基礎(chǔ) 260
9.2.1 巖石體積單元的能量守恒定律 260
9.2.2 熵的產(chǎn)生——熱力學(xué)第二定律 261
9.2.3 熱力耦合作用下巖石破壞的本構(gòu) 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(zhǔn)則 265
9.3.1 受壓情況的整體破壞準(zhǔn)則 267
9.3.2 受拉情況的整體破壞準(zhǔn)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(gòu) 274
9.5.1 熱力耦合作用下的流變?cè)?274
9.5.2 熱力耦合作用下的西原模型的本構(gòu) 275
9.5.3 模型討論 282
參考文獻(xiàn) 285
第10章 結(jié)束語(yǔ) 287