岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (6): 1799-1808.doi: 10.16285/j.rsm.2019.0977

• 基础理论与实验研究 •    下一篇

饱水和天然状态下页岩滞后效应及阻尼特性研究

蒋长宝1, 2,魏财1, 2,段敏克1, 2,陈昱霏1, 2,余塘1, 2,李政科1, 2   

  1. 1. 重庆大学 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044;2. 重庆大学 资源与安全学院,重庆 400044
  • 收稿日期:2019-06-02 修回日期:2019-11-21 出版日期:2020-06-11 发布日期:2020-07-31
  • 作者简介:蒋长宝,男,1982年生,博士,教授,博士生导师,主要从事采矿工程方面的研究工作
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.51674048);重庆市科技计划(No.cstc2015jcyjA90009)。

Hysteresis effect and damping characteristics of shale under saturated and natural state

JIANG Chang-bao1, 2, WEI Cai1, 2, DUAN Min-ke1, 2, CHEN Yu-fei1, 2, YU Tang1, 2, LI Zheng-ke1, 2   

  1. 1. State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control, Chongqing University, Chongqing 400044, China; 2. School of Resources and Safety Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China
  • Received:2019-06-02 Revised:2019-11-21 Online:2020-06-11 Published:2020-07-31
  • Contact: 魏财,男,1994年生,硕士研究生,主要从事页岩气开采方面的研究工作。E-mail: 1069012020@qq.com E-mail:jcb@cqu.edu.cn
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(51674048) and the Fundamental and Advanced Research Projects of Chongqing(cstc2015jcyjA90009).

摘要: 运用RLW-2000型微机伺服岩石三轴试验机,对饱水状态和天然状态页岩在不同围压下进行三轴循环加卸载试验,分析了两种含水状态页岩的力学特性和滞后效应,并基于能量原理讨论了阻尼比演化规律。试验结果表明:随循环次数增加,累积残余应变逐渐增加,相对残余应变先降低,后趋于稳定区域,直至破坏前急剧增加;饱水页岩的加卸载变形模量均比天然页岩小,加载变形模量整体比卸载变形模量小;在加载和卸载阶段,均出现应变始终滞后于应力的现象;饱水页岩的滞后效应比天然页岩更明显。提出了考虑滞后效应的能量计算方法,较以往能量计算的误差更小。最后基于能量原理对阻尼比的计算公式进行修正,发现饱水页岩的阻尼比比天然页岩大。阻尼比的变化较好地反映了页岩损伤机制,可作为预判页岩失稳破坏的重要指标。

关键词: 页岩, 力学特性, 滞后效应, 能量, 阻尼比

Abstract: An RLW-2000 micro-computer servo-control rock triaxial testing machine was used to carry out triaxial cyclic loading and unloading experiments of saturated and natural shales under different confining pressures. The mechanical properties and hysteresis effects of two hydrated shales were analyzed. The evolution law of the damping ratio was discussed based on the energy principle. The experimental results show that as the cycle number increases, the cumulative residual strain increases gradually. The relative residual strain decreases first and then tends to a stable region, and finally increases rapidly prior to the rock damage. The deformation modulus of the saturated shale is smaller than that of the natural shale during the loading and unloading process. Besides, the loading deformation modulus is smaller than that of the unloading deformation modulus. In the loading and unloading stages, it is observed that the strain always lags the stress. The hysteresis effect of saturated shale is more obvious than that of natural shale. An energy calculation method is proposed considering the hysteresis effect with a smaller error of the calculated energy compared with that of the previous energy calculation. Finally, the calculation formula of the damping ratio is revised based on the energy principle. It is found that the damping ratio of saturated shale is larger than that of natural shale. The change of damping ratio reflects the shale damage mechanism, which can be used as an important indicator to predict the instability of shale.

Key words: shale, mechanical properties, hysteresis effect, energy, damping ratio

中图分类号: 

  • TU452
[1] 雷华阳, 许英刚, 缪姜燕, 刘旭. 动渗耦合作用下软黏土动力特性试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(3): 601-610.
[2] 熊仲明, 吕世鸿, 李运良, 赵奇峰, 李进, 谭书舜, 张向荣, 朱玉荣, 姜磊, 杨琪凡, 张宁波, 张子栋. 被动围压下黄土动态力学性能与能量耗散研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(3): 775-782.
[3] 张雨霏, 李建春, 闫亚涛, 李海波, . 基于SHPB试验的粗糙节理面动态损伤特征研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 491-500.
[4] 任连伟, 任军洋, 孔纲强, 刘汉龙, . 冷热循环下PHC能量桩热力响应 和承载性能现场试验[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 529-536.
[5] 卢锋, 仇文革, . 基于能量演化理论的多参数非等比例折减的 安全系数求解方法[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 547-557.
[6] 杨春和, 张超, 李全明, 于玉贞, 马昌坤, 段志杰, . 大型高尾矿坝灾变机制与防控方法[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 1-17.
[7] 李军, 翟文宝, 陈朝伟, 柳贡慧, 周英操, . 基于零厚度内聚力单元的水力裂缝 随机扩展方法研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 265-279.
[8] 郤保平, 吴阳春, 王帅, 熊贵明, 赵阳升, . 热冲击作用下花岗岩力学特性及其随冷却温度 演变规律试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 83-94.
[9] 李任融, 孔纲强, 杨庆, 孙广超. 流速对桩−筏基础中能量桩换热效率 与热力耦合特性影响研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 264-270.
[10] 卞康, 陈彦安, 刘建, 崔德山, 李一冉, 梁文迪, 韩啸. 不同吸水时间下页岩卸荷破坏特征的 颗粒离散元研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 355-367.
[11] 孟敏强, 王磊, 蒋翔, 汪成贵, 刘汉龙, 肖杨, . 基于尺寸效应的粗粒土单颗粒破碎试验及数值模拟[J]. 岩土力学, 2020, 41(9): 2953-2962.
[12] 徐晓冬, 孙光华, 姚旭龙, 梁学健, 邵陆航, . 基于能量耗散与释放的充填体失稳 尖点突变预警模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(9): 3003-3012.
[13] 陈光波, 秦忠诚, 张国华, 李谭, 李敬凯, . 受载煤岩组合体破坏前能量分布规律[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 2021-2033.
[14] 胡盛斌, 杜国平, 徐国元, 周天忠, 钟有信, 石重庆, . 基于能量测量的声呐渗流矢量法及其应用[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 2143-2154.
[15] 韩超, 庞德朋, 李德建. 砂岩分级加卸载蠕变试验过程能量演化分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1179-1188.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 黄平路,陈从新,肖国峰,林 健. 复杂地质条件下矿山地下开采地表变形规律的研究[J]. , 2009, 30(10): 3020 -3024 .
[3] 刘振平,贺怀建,李 强,朱发华. 基于Python的三维建模可视化系统的研究[J]. , 2009, 30(10): 3037 -3042 .
[4] 刘 晓,唐辉明,罗红明,陈守义. 对滑坡防治工程相关规范中渗流问题的研究[J]. , 2009, 30(10): 3173 -3180 .
[5] 翟聚云,卫国祥. 干密度对非饱和膨胀土水分迁移参数的影响[J]. , 2009, 30(11): 3337 -3341 .
[6] 马 青,赵均海,魏雪英. 基于统一强度理论的巷道围岩抗力系数研究[J]. , 2009, 30(11): 3393 -3398 .
[7] 兰海涛,李 谦,韩春雨. 基于广义回归神经网络的边坡稳定性评价[J]. , 2009, 30(11): 3460 -3463 .
[8] 夏栋舟,何益斌,刘建华. 刚性桩复合地基-上部结构动力相互作用体系抗震性能及影响因素分析[J]. , 2009, 30(11): 3505 -3511 .
[9] 杨春和,马洪岭,刘建锋. 循环加、卸载下盐岩变形特性试验研究[J]. , 2009, 30(12): 3562 -3568 .
[10] 毛昶熙,段祥宝,吴良骥. 砂砾土各级颗粒的管涌临界坡降研究[J]. , 2009, 30(12): 3705 -3709 .