应力–渗流耦合下深部花岗岩力学行为及破坏特征

摘要

在矿山深部开采过程中，高应力与高水压耦合作用导致岩石的力学特性演化机理更加复杂.为分析深部复杂条件下花岗岩的力学行为及破坏特征，利用低场核磁共振核技术(NMR)进行花岗岩初始孔隙率测量，借助岩石高温三轴流变系统开展应力–渗流耦合试验，引入耗能比实现花岗岩破坏过程的能量演化分析.研究结果表明：岩石的峰值强度、峰值应变随孔隙水压的增大呈线性减小且减小速率逐渐提升，随围压的增大呈线性增加且增大速率逐渐变缓；峰值渗透率随着孔隙水压的增大呈线性增大，随围压的增大呈线性减小；岩石破坏应变能表现出明显的围压效应和孔隙水压效应，峰值应力点为弹性能极值点，峰值点之后弹性能迅速转化为岩石损伤的耗散能，岩石耗能比整体呈现增大→减小→增加的“S”型变化规律；引入花岗岩初始孔隙率，将岩石视为固体骨架和孔隙两部分组成，综合考虑变形特征并构建应力–渗流耦合本构模型，与试验对比后认为该模型具有较高普适性.

关键词

应力–渗流耦合 / 低场核磁共振 / 本构模型 / 破裂特征 / 能量耗散

基金资助

国家重点研发计划资助项目(2022YFC2905003); 国家自然科学基金资助项目(52274109)