岩土力学 2018, 39(9) 3340-3346 DOI:   10.16285/j.rsm.2017.1819  ISSN: 1000-7598 CN: 42-1199/O3

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砂岩
化学腐蚀
广义Kelvin模型
化学损伤
流变损伤模型
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考虑水化学损伤的砂岩流变损伤本构模型
冯晓伟1,2,王 伟1,2,王如宾1,2,袁双双1,2,朱其志1,2
1. 河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,江苏 南京,210098;2. 河海大学 江苏省岩土工程技术工程研究中心,江苏 南京,210098
摘要: 通过对已有的水化学溶液腐蚀作用后红砂岩三轴蠕变试验结果的分析,可知水化学作用能够加快岩石损伤的发展,增强红砂岩的蠕变效应。根据水岩化学作用的动力学理论,将红砂岩中可溶解胶结物的流失作为水化学腐蚀作用下岩石力学性能劣化的根本原因。通过化学反应速率方程和测定浸泡过程中溶液pH值的变化,定义了考虑初始pH值和时间的化学损伤因子。考虑流变过程中的应力损伤,基于广义Kelvin模型,提出了考虑水化学作用的砂岩流变损伤本构模型。通过对水化学作用下红砂岩流变试验结果进行模拟,对该模型进行了参数辨识和验证。结果表明,所提出的模型能够较好地反映水化学作用下砂岩的流变特性,具有有效性和合理性。
关键词 砂岩   化学腐蚀   广义Kelvin模型   化学损伤   流变损伤模型  
A rheological damage model of sandstone under water-rock chemical interaction
FENG Xiao-wei1,2, WANG Wei1,2, WANG Ru-bin1,2, YUAN Shuang-shuang1,2, ZHU Qi-zhi1,2
1. Key Laboratory of Education for Geomechanics and Embankment Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China; 2. Jiangsu Research Center for Geomechanical Engineering Technology, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China
Abstract: Through the analysis of existed triaxial creep test results of red sandstone under the chemical corrosion, it is known that water-rock chemical interaction can accelerate the development of damage and enhance the creep properties of red sandstones. In this paper, based on the chemical kinetic theory of water-rock chemical interaction, the loss of the soluble cement in red sandstone is the key reason for the deterioration of rock mechanical properties under the interaction of chemical corrosion. The chemical damage factor considering the initial pH value and the time is defined by the chemical reaction rate equation and the change of pH value of solution during the immersion process. Meanwhile,based on the generalized Kelvin model, the rheological damage constitutive model of sandstone considering chemical corrosion is proposed. The parameters of the model are identified and verified by the creep results of red sandstone under chemical corrosion. Results show that the proposed model is valid and reasonable, which can well describe the creep properties of sandstones under chemical corrosion.
Keywords: sandstone   chemical corrosion   generalized Kelvin model   chemical damage   rheological damage model  
收稿日期 2017-09-02 修回日期  网络版发布日期  
DOI: 10.16285/j.rsm.2017.1819
基金项目:

国家重点研发计划项目(No. 2017YFC1501100);国家自然科学基金资助项目(No. 11672343,No. 51679069);中央高校基本科研业务费专项资金资助(No. 2016B20214)。

通讯作者: 王伟,男,1978年生,博士,教授,主要从事岩石力学与工程的教学与研究工作。E-mail: wwang@hhu.edu.cn
作者简介: 冯晓伟,男,1992年生,硕士研究生,主要从事岩石力学相关试验与本构模型的研究工作
作者Email: njfengxiaowei@163.com

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