岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (11): 3591-3603.doi: 10.16285/j.rsm.2020.0144

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于3D-DIC技术的砂岩变形局部化 荷载速率效应试验研究

彭守建1, 2,冉晓梦1, 2,许江1, 2,陈灿灿1, 2,宋肖徵1, 2,闫发志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 复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室,重庆 400044
  • 收稿日期:2020-01-09 修回日期:2020-04-13 出版日期:2020-11-11 发布日期:2020-12-24
  • 作者简介:彭守建,男,1983年生,博士,副教授,主要从事矿山岩石力学、煤与瓦斯突出灾害动力学与控制等方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(No. 51874055,No. 51974041);重庆市基础与前沿研究计划项目(No. cstc2018jcyjAX0626)。

Experimental study on loading rate effects of sandstone deformation localization based on 3D-DIC technology

PENG Shou-jian1, 2, RAN Xiao-meng1, 2, XU Jiang1, 2, CHEN Can-can1, 2, SONG Xiao-zheng1, 2, YAN Fa-zhi1, 2   

  1. 1. State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control, Chongqing University, Chongqing 400044, China; 2. State and Local Joint Engineering Laboratory of Methane Drainage in Complex Coal Gas Seam, Chongqing University, Chongqing 400044, China
  • Received:2020-01-09 Revised:2020-04-13 Online:2020-11-11 Published:2020-12-24
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51874055, 51974041) and the Basic and Frontier Research Projects of Chongqing (cstc2018jcyjAX0626)

摘要: 利用可视化三轴压缩伺服控制试验系统研究了不同加载速率条件下砂岩的变形局部化特征。通过3D-DIC测试系统,获得了砂岩在三轴应力条件下的轴向及径向应变场云图,分析了加载速率对砂岩变形局部化的影响规律。研究表明:在峰值强度前,砂岩表面变形较为均匀;在峰值强度时出现应变集中现象,且在峰后阶段迅速扩展,最终形成贯穿试样表面的变形局部化带;随着荷载速率增加,砂岩的峰值强度、弹性模量、泊松比、峰值点轴向应变和峰值点径向应变均增大;当荷载速率从1×10–6 s–1增大到1×10–3 s–1时,变形局部化启动应力随之增大,且轴向及径向变形局部化启动应力水平即比值 和 分别从峰后的92.00%、93.75%变至峰前的97.17%、96.00%,表明砂岩变形局部化具有较为明显的荷载速率效应。

关键词: 砂岩, 3D-DIC, 应变场云图, 变形局部化, 速率效应

Abstract: The characteristics of sandstone localized deformation have been studied by visual triaxial compression servo control test system under different loading rates. By the use of the 3D-DIC (3 dimensional digital image correlation) test system, we obtain the axial and radial strain field nephogram, as well as the crack evolution process of sandstone under triaxial stress. The influence of loading rate on the localized deformation of sandstone has been analyzed. The results show that: before the peak strength, the surface deformation of sandstone is relatively uniform. The strain concentration phenomenon occurs at the peak strength, and it expands rapidly in the post-peak stage, and finally forms a deformation localized zone that penetrates the sample surface. As the load rate increases, the peak strength, elastic modulus, Poisson's ratio, peak axial strain and peak radial strain of sandstone all increase. When the loading rate increases from 1×10–6 s–1 to 1×10–3 s–1, the starting stress of localization of deformation also increases. Besides, the ratios and , which describe the levels of the starting stress of axial and radial deformation localization, have changed from 92.00% and 93.75% after the peak to 97.17% and 96.00% before the peak, respectively, indicating that the deformation localization of sandstone has relatively obvious loading rate effects.

Key words: sandstone, 3D-DIC, strain field nephogram, deformation localization, rate effect

中图分类号: 

  • TU 451
[1] 孙文进, 金爱兵, 王树亮, 赵怡晴, 韦立昌, 贾玉春, . 基于DIC的高温砂岩劈裂力学特性研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 511-518.
[2] 许江, 宋肖徵, 彭守建, 陈灿灿, 冉晓梦, 闫发志, . 基于3D-DIC技术岩石广义应力松弛特性试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 27-38.
[3] 张科, 李娜, 陈宇龙, 刘文连, . 裂隙砂岩变形破裂过程中应变场及红外辐射 温度场演化特征研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 95-105.
[4] 魏尧, 杨更社, 申艳军, 明锋, 梁博, . 白垩系饱和冻结砂岩蠕变试验及本构模型研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2636-2646.
[5] 高玮, 胡承杰, 贺天阳, 陈新, 周聪, 崔爽, . 基于统计强度理论的破裂岩体本构模型研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2179-2188.
[6] 赵怡晴, 吴常贵, 金爱兵, 孙浩, . 热处理砂岩微观结构及力学性质试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2233-2240.
[7] 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.
[8] 刘功勋, 李威, 洪国军, 张坤勇, CHEN Xiu-han, 施绍刚, RUTTEN Tom. 大比尺切削模型试验条件下砂岩破坏特征研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1211-1218.
[9] 李斌, 黄 达, 马文著, . 层理面特性对砂岩断裂力学行为的影响研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 858-868.
[10] 张宗堂, 高文华, 张志敏, 唐骁宇, 邬俊, . 基于Weibull分布的红砂岩颗粒崩解破碎演化规律[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 877-885.
[11] 金爱兵, 王树亮, 魏余栋, 孙浩, 韦立昌, . 不同冷却条件对高温砂岩物理力学性质的影响[J]. 岩土力学, 2020, 41(11): 3531-3539.
[12] 杨福见, 胡大伟, 田振保, 周辉, 卢景景, 罗宇杰, 桂树强, . 高静水压力压实作用下疏松砂岩渗透 特性演化及其机制[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 67-77.
[13] 刘波, 马永君, 盛海龙, 常雅儒, 于俊杰, 贾帅龙, . 白垩系红砂岩冻结融化后的力学性质试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 161-171.
[14] 丁长栋, 张杨, 杨向同, 胡大伟, 周辉, 卢景景, . 致密砂岩高围压和高孔隙水压下渗透率 演化规律及微观机制[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3300-3308.
[15] 赵波, 张广清, 唐梅荣, 庄建满, 林灿坤, . 长期注水对致密砂岩油藏岩石力学 性质影响机制研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3344-3350.
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] 张力霆,齐清兰,魏静,霍倩,周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[3] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[4] 张明义,刘俊伟,于秀霞. 饱和软黏土地基静压管桩承载力时间效应试验研究[J]. , 2009, 30(10): 3005 -3008 .
[5] 吴 亮,钟冬望,卢文波. 空气间隔装药爆炸冲击荷载作用下混凝土损伤分析[J]. , 2009, 30(10): 3109 -3114 .
[6] 尤红兵,赵凤新,李方杰. 层状场地中局部不均体对平面P波的散射[J]. , 2009, 30(10): 3133 -3138 .
[7] 周晓杰,介玉新,李广信1. 基于渗流和管流耦合的管涌数值模拟[J]. , 2009, 30(10): 3154 -3158 .
[8] 李少龙,张家发,张 伟,肖 利. 表层土渗透系数空间变异与随机模拟研究[J]. , 2009, 30(10): 3168 -3172 .
[9] 吴昌瑜,张 伟,李思慎,朱国胜. 减压井机械淤堵机制与防治方法试验研究[J]. , 2009, 30(10): 3181 -3187 .
[10] 崔皓东,朱岳明. 二滩高拱坝坝基渗流场的反演分析[J]. , 2009, 30(10): 3194 -3199 .