温度影响下砂岩三轴压缩行为：加荷特性、剪切变形及预测软件研发

摘要

本研究通过开展20～150℃及5～35 MPa围压下的砂岩三轴压缩试验，系统揭示了温度与围压耦合作用对砂岩加荷特性、剪切变形及破坏模式的影响机制。结果表明：低温区间（20～60℃）砂岩以脆性破坏为主，剪切变形带角度随围压增大显著减小（64.7°到58.3°）;高温区间（温度≥120℃）塑性屈服特征增强，150℃时围压增加（5～35 MPa）导致剪切角度降幅达15.3°。破坏模式由低围压张拉破坏向高围压剪切破坏过渡，温度升高促使破坏面粗糙度增加。对比Mogi-Coulomb、Drucker-Prager及Tresca准则，修正Lade准则因引入偏应力不变量与Lode角参数，拟合效果最优（R²≥0.97）。基于该准则构建剪切变形带角度预测模型，结合PyCharm与Gradio开发多温度离散化预测软件，实现0.8 s内高精度预测（绝对误差2.5°,R²=0.92）,输出参数可集成至有限元平台，为高地应力隧道及深部岩体工程稳定性评估提供理论支持与工具保障。

关键词

砂岩 / 三轴压缩试验 / 温度-围压耦合效应 / 剪切变形带角度 / 修正Lade准则 / 预测模型 / 破坏模式 / 工程应用