岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (2): 403-414.doi: 10.16285/j.rsm.2022.0312

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

盐岩循环加卸载过程中的速率效应试验研究

姜德义,杨镇宇,范金洋,李宗泽,锁进杰,陈结   

  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
  • 收稿日期:2022-03-16 接受日期:2022-06-16 出版日期:2023-02-10 发布日期:2023-02-17
  • 通讯作者: 范金洋,男,1989年生,博士,副教授,主要从事矿山动力灾害防治、安全工程等方面的教学与研究。E-mail: Jinyang.f@qq.com E-mail:deyij@cqu.com
  • 作者简介:姜德义,男,1962年生,博士,教授,主要从事岩土力学、采矿工程及安全工程等方面的教学与研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金重点项目(No.51834003, No.52274073, No.52274199)。

Experimental study of load rate effect of salt rock during loading and unloading

JIANG De-yi, YANG Zhen-yu, FAN Jin-yang, LI Zong-ze, SUO Jin-jie, CHEN Jie   

  1. State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control, Chongqing University, Chongqing 400044, China
  • Received:2022-03-16 Accepted:2022-06-16 Online:2023-02-10 Published:2023-02-17
  • Supported by:
    This work was supported by the Key Program of National Natural Science Foundation of China (51834003, 52274073, 52274199).

摘要: 作为一种典型软岩,盐岩力学特性的时间相关性显著,准确预测和评估盐穴储气库加卸载过程中的变形损伤能力,关系到能源储备库的长期安全稳定运行。为研究盐岩的速率效应,进行了不同加卸载速率的疲劳试验。基于现有蠕变本构模型,构建了速率效应方程,区分了加卸载过程中的蠕变塑性变形与加载塑性变形。研究结果表明:(1)盐岩的整体疲劳寿命、稳定变形阶段(即第2阶段)疲劳寿命占比基本随加卸载速率的增大而增大。(2)减速变形阶段(即第1阶段)疲劳寿命占比、稳定变形阶段平均残余应变基本随加卸载速率增大而减小。(3)速率耦合疲劳试验中,加卸载速率越大,残余应变越小,蠕变塑性变形随加卸载速率的增大而减小,当加卸载速率由0.04 kN/s增加至5 kN/s时,蠕变塑性变形在循环中的占比由85%下降至36%,呈现出负指数的关系。(4)整个循环加卸载过程中,加载塑性变形、蠕变塑性变形均呈现U型发展趋势,与盐岩疲劳过程的三阶段相对应。该研究结果可以为进一步分析盐岩蠕变塑性与加载塑性奠定基础。

关键词: 盐岩, 循环荷载, 疲劳寿命, 残余应变, 速率效应

Abstract: As a typical soft rock, the mechanical properties of salt rock are time-dependent significantly, so the accurate prediction and evaluation of the deformation and damage capacity of salt cavern gas storage during loading and unloading are related to the long-term safe and stable operation of energy reserves. In order to study the rate effect of salt rock, fatigue tests at different loading and unloading rates were conducted. Based on the existing creep constitutive model, the rate effect equation was established to distinguish the creep plastic deformation and loading plastic deformation during loading and unloading. The results show that: (1) The overall fatigue life of salt rock and the proportion of fatigue life in stable deformation stage (the second stage) increase with the increase of loading and unloading rate. (2) The proportion of fatigue life in decelerated deformation stage (the first stage) and the average residual strain of stable deformation stage decrease with the increase of load rate. (3) In the rate-coupled fatigue test, the residual strain decreases with the increase of loading and unloading rate. The creep plastic deformation decreases with the increase of loading and unloading rate. When the loading rate increases from 0.04 kN/s to 5 kN/s, the proportion of creep plastic deformation in the cycle decreases from 85% to 36%, showing a negative exponential relationship. (4) In the full cyclic loading and unloading process, the plastic deformation of loading and creep presents a U-shaped development trend, which corresponds to the three stages of fatigue process of salt rock. The results of this study can lay a foundation for further analysis of creep plasticity and loading plasticity of salt rock.

Key words: salt rock, cyclic loading, fatigue life, residual strain, rate effect

中图分类号: 

  • TU 452
[1] 张昕, 董浩, 徐迎迎, 王柳月, . 竖向循环荷载作用下砂土中单桩承载特性模型试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(3): 673-684.
[2] 贾蓬, 王晓帅, 王德超. 饱水裂隙岩石冻融变形特性研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(2): 345-354.
[3] 王元战, 龚晓龙, 王轩, 陈艳萍, 谢涛, . 偏压固结下碱渣土循环累积孔压及强度弱化规律研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(2): 373-380.
[4] 庄心善, 周荣, 周睦凯, 陶高梁, 金合意. 孔隙溶液对循环荷载作用下膨胀土 累积变形及阻尼比影响研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 1-10.
[5] 刘汉香, 别鹏飞, 李欣, 魏应松, 王铭萱, . 三轴多级循环加卸载下千枚岩的力学特性及 能量耗散特征研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 265-274.
[6] 李水江, 童艳光, 王军, 应梦杰, 刘飞禹, . 双向循环荷载作用下砾石−格栅界面动力剪切特性[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 291-298.
[7] 汪磊, 张立婷, 沈思东, 徐永福, 夏小和. 分段循环荷载作用下非饱和土轴对称固结特性研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 203-212.
[8] 孟凡丽, 娄桢桢, 葛威, . 长期循环荷载下卸荷粉土动力特性的试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 383-388.
[9] 张强, 王军保, 宋战平, 冯世进, 张玉伟, 曾涛, . 循环荷载作用下盐岩微观结构变化及经验疲劳模型[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 995-1008.
[10] 张闯, 任松, 吴斐, 刘杰, 周旭晖, . 循环荷载下含层理页岩渗透特性试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(3): 649-658.
[11] 苗胜军, 王辉, 杨鹏锦, 王亚欣, . 近疲劳强度循环荷载对泥质石英粉砂岩 力学特性影响研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(8): 2109-2119.
[12] 舒荣军, 孔令伟, 师文卓, 刘炳恒, 黎澄生, . 湛江结构性黏土自钻旁压试验的加载速率效应[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1557-1567.
[13] 饶佩森, 李丹, 孟庆山, 王新志, 付金鑫, 雷学文, . 循环荷载作用下钙质砂地基土压力分布特征研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1579-1586.
[14] 李欣慰, 姚直书, 黄献文, 刘之喜, 赵翔, 穆克汉, . 循环加卸载下砂岩变形破坏特征与能量演化研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1693-1704.
[15] 李亚峰, 聂如松, 李元军, 冷伍明, 阮波, . 间歇性循环荷载下路基细粒土填料永久 变形特性及预测模型[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 1065-1077.
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] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵,冯夏庭,陈炳瑞,江 权,张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 石玉玲,门玉明,彭建兵,黄强兵,刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[5] 夏栋舟,何益斌,刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[6] 徐速超,冯夏庭,陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[7] 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 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 易 俊,姜永东,鲜学福,罗 云,张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[10] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .