泥岩渗流-应力耦合蠕变损伤模型研究(Ⅰ):理论模型

›› 2011, Vol. 32 ›› Issue (9): 2596-2602.

泥岩渗流-应力耦合蠕变损伤模型研究(Ⅰ):理论模型

贾善坡^{1, 2, 3}，陈卫忠^{2, 3}，于洪丹³，李香玲⁴

1. 长江大学城市建设学院，湖北荆州 434023；2. 山东大学岩土与结构工程研究中心，济南 250061； 3. 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，武汉 430071；4. Euridice, SCK•CEN, 比利时摩尔 2400

收稿日期:2010-01-21 出版日期:2011-09-10 发布日期:2011-09-13
作者简介:贾善坡，男，1980年生，博士后，副教授，主要从事地下工程及油气工程力学方面的研究工作
基金资助:
国家自然科学基金重大国际合作项目（No. 50720135906）；国家自然科学基金面上项目（No. 40772184）；863项目(No.2007AA11Z108)；中国博士后基金项目资助（No. 20100471516）；湖北省教育厅科研项目（No. Q20101301）；国家自然科学基金（No. 41102182）。

Study of hydro-mechanical-damage coupled creep constitutive model of mudstone, Part Ⅰ: Theoretical model

JIA Shan-po^{1, 2, 3}，CHEN Wei-zhong^{2, 3}，YU Hong-dan³，LI Xiang-ling4

1. School of Urban Construction, Yangtze University, Jingzhou, Hubei 434023, China; 2. Research Center of Geotechnical and Structural Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China; 3. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China; 4. Euridice, SCK•CEN, Belgian Nuclear Research Centre, Mol 2400, Belgium

Received:2010-01-21 Online:2011-09-10 Published:2011-09-13

摘要/Abstract

摘要： 在室内和现场试验的基础上，根据泥岩的非线性蠕变变形特点，构造了基于摩尔-库仑准则的蠕变势，建立了泥岩非线性蠕变损伤本构模型及其损伤演化方程；对泥岩裂隙自愈合机制进行了探讨，得到围压、孔隙水和饱水时间是影响裂隙愈合的主要因素，通过引入愈合应力和水化学愈合因子的概念，建立了泥岩渗透性自愈合模型。研究结果表明，泥岩非线性蠕变是其内部结构损伤在蠕变过程中的综合表现，泥岩的蠕变速率不仅与应力水平、时间相关，而且还与累积蠕变变形密切相关，提出的模型能较真实反映泥岩蠕变变形过程、损伤演化、渗透性演化和裂隙自愈合，且材料常数较少，便于从实验数据中获得。文中涉及到的数值算法、程序实现、模型参数的确定以及工程应用将在本文的Ⅱ部分给出

关键词: 泥岩, 摩尔-库仑准则, 蠕变损伤, 耦合, 渗透性, 自愈合

Abstract: Based on the laboratory creep experiments and in-situ tests of mudstone, a nonlinear creep constitutive model with the Mohr-Coulomb creep potential considering hydro-mechanical coupling is put forward by analysis of creep deformation mechanisms of clay; and the damage evolution equation is set up by constructing the relation between creep damage and creep strain. A fully coupled hydro-mechanical model of mudstone is established to describe the evolution of porosity and permeability with strain and damage. The self-healing mechanism of mudstone fractures is investigated, which is effected mainly by the confining pressure, pore water, time for saturated state and so on. A permeability healing model is established by introducing the conceptions of healing stress and hydro-chemical factor. The results show that the creep strain rate of mudstone is not only related to time and stress, but also to the cumulative creep strain. The creep damage of mudstone is caused by the initiation and propagation of new fractures, which is the comprehensive expression of the coupling between deformation and time effect. The presented creep damage model can well describe the creep process of attenuation phase, stabilization phase and the speedup phase and the damage process with less material parameters. The numerical algorithm, numerical implementation and further application of the model are provided in Part Ⅱ of this paper series.

Key words: mudstone, Mohr-Coulomb criterion, creep damage, coupling, permeability, self-healing

中图分类号:

TU 452

贾善坡，陈卫忠，于洪丹，李香玲. 泥岩渗流-应力耦合蠕变损伤模型研究(Ⅰ):理论模型[J]. , 2011, 32(9): 2596-2602.

JIA Shan-po ，CHEN Wei-zhong ，YU Hong-dan ，LI Xiang-ling. Study of hydro-mechanical-damage coupled creep constitutive model of mudstone, Part Ⅰ: Theoretical model[J]. , 2011, 32(9): 2596-2602.

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