真三轴卸荷条件下砂岩力学特性和剪切变形带预测模型

• Published in: 煤炭学报 Vol. 48; no. 10; pp. 3700 - 3712
• Main Authors: 王泽, 李文璞, 冯国瑞, 杜佳慧, 郝瑞卿
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 太原理工大学安全与应急管理工程学院,山西太原 030024%太原理工大学安全与应急管理工程学院,山西太原 030024 01.10.2023; 山西省煤基资源绿色高效开发工程研究中心,山西太原 030024; 太原理工大学矿业工程学院,山西太原 030024%太原理工大学矿业工程学院,山西太原 030024; 矿山岩层控制及灾害防控山西省重点实验室,山西太原 030024; 山西省煤基资源绿色高效开发工程研究中心,山西太原 030024%矿山岩层控制及灾害防控山西省重点实验室,山西太原 030024
• Subjects: strength criterion; 剪切变形带; shear band; 中间主应力; 强度准则; intermediate principal stresses; 本构模型; unloading; constitutive model; 卸载
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2022.1745

TD32; 中间主应力和卸载作用对岩石剪切破坏特性具有重要影响.基于多功能真三轴流固耦合试验系统,开展不同中间主应力条件下砂岩加载和卸载破坏试验,分析其变形特征和强度特性,通过建立本构关系和剪切变形带角度预测模型,研究2者对剪切变形带角度的影响规律.试验结果表明:随着中间主应力增加,岩样峰值处偏剪切应力增加,且卸载条件下增幅较小;岩样最大压缩点呈现先增加后趋于稳定的趋势,达到最大压缩点后,加载条件下岩样体积应变由膨胀逐渐变为压缩,而卸载条件下均呈膨胀趋势.随着中间主应力增加,岩样偏剪切应变陡增,卸载条件下陡增提前.在峰值处,卸载条件下应力Lode角和应变Lode角均比加载条件下的大,且2个条件下2类Lode角的差值随中间主应力增加而增大.中间主应力和卸载作用可以通过应力Lode角反映岩石屈服特性,通过应变Lode角反映岩石内部裂隙演化方向.采用等效塑性应变表征内摩擦角和剪胀角,建立由三应力不变量构成的硬化本构关系;引入相关流动法则,构建剪切变形带角度预测模型.对比试验值,发现模型预测效果良好.随着中间主应力增加,变形带角度先减小随后趋于稳定;而卸载作用会减小变形带角度,并受中间主应力影响,角度减小幅度下降.