白垩系地层冻结软岩的损伤和蠕变特性研究.pdf

中图分类号婴2 笪 学科分类号 ．垒垒Q 圣Q 论文编号 密级公珏 安徽理工大学 博士学位论文 白垩系地层冻结软岩的损伤和蠕变特性研究 作者姓名塞杰 专业名称垫厦工程 研究方向途力堂皇工程 导师姓名廷仨塑l 麴援 绘题熬援 导师单位塞筮理王太堂 答辩委员会主席趔挂建熬援 论文答辩日期2 0 1 4 年6 月1 日 安徽理工大学研究生处 2 0 1 4 年6 月1 日 万方数据 AD i s s e r t a t i o ni n ．G e o l o g i c a lE n g i n e e r i n g S t u d yo f t h eD a m a g ea n d C r e e pP r o p e r t i e so f F r o z e n S o f tR o c ko fC r e t a c e o u sF o r m a t i o n C a n d i d a t e Z h uJ i e S u p e r v i s o r P r o f ．I W a n gR e n h e { P r o f ．X u Ⅵn g 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - - 。- _ _ - 。_ _ 。_ 。．_ _ _ _ _ _ _ ．- _ _ _ _ 一 v S c h o o lo fC i v i lE n g i n e e r i n ga n da r c h i t e c t u r e A n H u iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y N o ．16 8 ，S h u n g e n gR o a d ，H u a i n a n ，2 3 2 0 01 ，P ．R ．C H I N A 万方数据 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得塞徵堡三太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名拯查日期№盟年台月f 日学位论文作者签名 丞垒日期巡年j 月』日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞徵堡王太堂有保留、使用学位论文 的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于 塞邀堡王太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复 印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位论 文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名 糙 签字日期加f 悻‘月／日 导师签名签字日期二口乍年6 月2 日 万方数据 摘要 捅要 随着我国西部大开发战略的实施和能源需求的增长，煤矿建设重点也在向西 部转移。西部矿区白垩系地层以砂岩和泥岩等为主，强度低、胶结弱，属于软岩。 在白垩系地层中进行冻结法凿井时，冻结壁的变形和稳定性直接决定于软岩冻结 后的力学性状。通过大量的岩石瞬时和蠕变试验，结合损伤和流变力学理论，建 立能反映白垩系地层冻结软岩力学规律的本构模型。本文所做工作如下 对白垩系地层软岩在不同温度下进行三轴压缩试验，获得了瞬时力学参数与 温度、围压的关系。在同温下，软岩峰值强度、弹性模量均随围压的增加而提高， 而同压下两者则随温度的降低而增大。为正确描述白垩系地层冻结软岩的五阶段 应力．应变曲线，假定软岩存在初始损伤，建立损伤恢复变量，获得了裂隙压密段 的损伤表达式，认为软岩微元强度符合W e i b u l l 概率分布，并考虑到材料损伤部 分应力由残余强度承担，建立了冻结软岩的增量型统计损伤本构模型，将模型嵌 入A B A Q U S 有限元程序，对三轴试验进行模拟，验证了模型的正确性。 通过不同温度下的三轴蠕变试验结果可知，白垩系地层冻结软岩具有明显的 三阶段蠕变性质，且随着温度降低，软岩总蠕变量减少，长期强度升高。利用 M o h r - C o u l o m b 屈服准则修正西原模型的黏塑性元件，同时引入改进的K a c h a n o v 蠕变损伤律，建立了可描述冻结软岩三阶段蠕变特征的蠕变损伤本构模型。 推导了蠕变损伤模型的有限元解析方法，对A B A Q U S 软件进行二次开发。 利用A B A Q U S 对泊江海子矿井筒开掘进行数值模拟，并获得在不同段高条件下， 冻结壁的应力场和位移场分布，确定了井帮最大径向位移与时间的关系，将模拟 值与实测值比较，结果一致，证明了本文建立的蠕变损伤本构模型是可靠的，能 够为冻结壁设计和施工提供指导。 匿11 6 6 】 表【1 2 】参[ 1 6 5 】 关键词白垩系地层；冻结软岩；损伤本构模型；蠕变损伤模型； 分类号T D 2 6 5 万方数据 A b s t r a c t A l o n g 、析t l lt h ei m p l e m e n t a t i o no fw e s td e v e l o p m e n ts t r a t e g yi no u rc o u n t r ya n d t h eg r o w t ho fe n e r g yd e m a n d ，t h ef o c u so fc o a lm i n ec o n s t r u c t i o ni sa l s om o v e dt ot h e w e s t ．T h ec r e t a c e o u ss t r a t ao fw e s t e r nm i n ei s g i v e np r i o r i t yt os a n d s t o n ea n d m u d s t o n ew h i c hh a v e m a n ye n g i n e e r i n g c h a r a c t e r i s t i c ss u c ha S a r g i l l a c e o u s c e m e n t a t i o n ，l o ws t r e n g t h , a n dt h e yb e l o n gt os o f tr o c k ．W i t hs h ms i n k i n gb yf r e e z i n g m e t h o di n t h ec r e t a c e o u ss t r a t a , t h ed e f o r m a t i o na n ds t a b i l i t yo ft h ef r o z e nw a l l d i r e c t l yd e p e n do nm e c h a n i c sp r o p e r t i e so f t h es o f tr o c ka f t e rf r e e z i n g ．T h r o u g hal a r g e n u m b e ro fI n s t a n t a n e o u sa n dc r e e pe x p e r i m e n t s ，t h ec o n s t i t u t i v em o d e lw h i c hc o u l d d e s c r i b et h em e c h a n i c sl a wo ff r o z e ns o f tr o c ko fc r e t a c e o u sf o r m a t i o ni Sb u i l t c o m b i n e dw i t hd a m a g ea n dr h e o l o g i c a lm e c h a n i c s ．T h i sw o r ki sa Sf o l l o w s M a n yt r i a x i a lc o m p r e s s i o nt e s t sa r ec o n d u c t e du n d e rd i f f e r e n tt e m p e r a t u r e sa b o u t s o f tr o c k so fc r e t a c e o u ss t r a t a , b yw h i c ht h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ei n s t a n t a n e o u s m e c h a n i cp a r a m e t e r sa n dt h et e m p e r a t u r ea n dc o n f m i n gp r e s s u r ei sa c q u i r e d ．A tt h e s a m et e m p e r a t u r e ，b o mt h ep e a ki n t e n s i t ya n de l a S t i c i t ym o d u l u so fs o f tr o c ki m p r o v e 、Ⅳi mt h ei n c r e a S i n go ft h ec o n f i n i n gp r e s s u r e ．A tt h es a m ec o n f m i n gp r e s s u r e ，t h e y i n c r e a S ew i t ht h e d e c r e a S i n go ft e m p e r a t u r e ．I n o r d e rt o c o r r e c t l yd e s c r i b et h e s t r e s s - s t r a i np r o c e s so ff i v es t a g e sf o rs o f t r o c k ，d a m a g er e c o v e r yv a r i a b l ei s e s t a b l i s h e da n dd a m a g ee x p r e s s i o no ff r a c t u r ep r e s s u r es e c t i o ni so b t a i n e dp r e s u m i n g i n i t i a ld a m a g ee x i s t si ns o f tr o c k ．S u p p o s i n gt h ei n f i n i t e s i m a ls t r e n g t hi sc o i n c i d e d 谢mt h ew e i b u l lp r o b a b i l i t yd i s t r i b u t i o n ，a n dc o n s i d e r i n gt h e s t r e n g t ho fm a t e r i a l d a m a g ep a r ta Sr e s i d u a ls t r e n g t h ，a ni n c r e m e n t a ls t a t i s t i c a ld a m a g ec o n s t i t u t i v em o d e l d e s c r i b i n gt h ef r o z e ns o f tr o c ki se s t a b l i s h e d ．I no r d e rt oc o n d u c tn u m e r i c a ls i m u l a t i o n f o rt r i a x i a lt e s t ，t h em o d e li se m b e d d e di nA B A Q U Sf i r f i t ee l e m e n tp r o g r a ma n d c o r r e c t n e s so ft h em o d e li sv e r i f i e d ． M a n yt r i a x i a lc r e e pt e s t su n d e rd i f f e r e n tt e m p e r a t u r e sa r ec o n d u c t e d ．T h r o u g ht h e a n a l y s i s ，t h ec r e e pd e f o r m a t i o nc u r v eo ff r o z e ns o f tr o c ko fc r e t a c e o u sf o r m a t i o nh a S v e r yo b v i o u sc h a r a c t e ro f t h r e es t a g e s ．W i t ht h ed e c r e a s i n go ft h et e m p e r a t u r e ，t h et o t a l c r e e p v a l u er e d u c e sa n dt h e l o n g - t e r ms t r e n g t hi n c r e a s e s ．B yi n 仃o d u c i n g M o h r - C o u l o m by i e l dc r i t e r i o n ，t h ev i s c o p l a s t i ce l e m e n to fX i Y u a n - m o d e li si m p r o v e d ， a n dc r e e pd a m a g ec o n s t i t u t i v em o d e lt h a tC a nd e s c r i b et h r e es t a g e so fc r e e p ．．I I I ．． 万方数据 安徽理工大学博士学位论文 c h a r a c t e r i s t i c si se s t a b l i s h e d 、析t l lt h em 仃o d u c f i o no fi m p r o v e dK a c h a n o vc r e e p d a m a g er a t e ． F i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sm e t h o do ft h ec r e e pd a m a g em o d e li sd e r i v e d ，a n dt h e c o n s t i t u t i v em o d e li se m b e d d e di n t oA B A Q U Sf i n i t ee l e m e n tp r o g r a m ．T h es i m u l m i o n f o rt h ed i g g i n go ft u b eo fB o j i a n g h a i z im i n ei sc o n d u c t e d ，b yw h i c ht h es t r e s sa n d d i s p l a c e m e n tf i e l dd i s t r i b u t i o no ff r o z e nw a l la r ea b t a i n e du n d e rd i f f e r e n ts e c t i o n l l i g h ，a n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nm a x i m u mr a d i a ld i s p l a c e m e n to fw e l ls i d e w a l la n d t i m ei sd e t e r m i n e d ．C o m p a r e d 埘t l lt h em e a s u r e dv a l u e ，t h er e s u l t so fs i m u l a t i o no f d i s p l a c e m e n ta r ec o i n c i d e n tw h i c hp r o v e dt h ec o r r e c t n e s so ft h ec r e e pd a m a g e c o n s t i t u t i v em o d e lo ft h i sp a p e r , a n di tc o u l dp r o v i d eg u i d a n c ef o rt h ed e s i g na n d c o n s t r u c t i o no f t h ef r o z e nw a l l ． K e yw o r d s T h eC r e t a c e o u sF o r m a t i o n ；F r o z e nS o f tR o c k ；D a m a g eC o n s t i t u t i v e M o d e l ；C r e e pD a m a g eM o d e l F i g u r e [ 6 6 】T a b l e [ 1 2 lR e f e r e n c e [ 1 6 5 l C h i n e s eb o o k sc a t a l o g T D 2 6 5 万方数据 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A B S T R A C T ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。I I I 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 研究背景及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．2 ．1 岩石的损伤和蠕变国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 1 ．2 ．2 冻结岩土力学特性国g 马 l - 研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 1 ．3 研究内容与技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 1 ．3 ．1 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 1 - 3 ．2 技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 白垩系地层冻结软岩的三轴压缩试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．1 试样的制备和物理性能试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一9 2 ．1 ．1 试样采集⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 2 ．1 ．2 岩石的物理性能试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一9 2 ．1 ．3 试样的制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 2 ．1 ．4 试验设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．2 试验方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．3 不同温度下的单轴压缩试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13 2 ．3 ．1 试验结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 - 3 ．2 试验结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．4 不同温度下的三轴压缩试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．4 ．1 试验结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．4 ．2 试验结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 2 ．5 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 6 3白垩系地层冻结软岩的增量型统计损伤本构模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 8 3 ．1 冻结软岩三轴压缩全过程曲线特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 3 ．2 损伤本构模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．3 冻结软岩的一种增量型统计损伤本构模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 3 ．4 模型的参数反演⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 3 ．5 基于A B A Q U S 的损伤本构模型的有限元程序开发⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 6 ．V ． 万方数据 安徽理工大学博士学位论文 3 ．6 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 9 4白垩系地层冻结软岩的蠕变试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 4 ．1 白垩系地层冻结软岩的三轴蠕变试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 4 ．1 ．1 试验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 4 ．1 ．2 冻结软岩的三轴蠕变试验结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 2 4 ．2 试验结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 4 ．2 ．1 蠕变量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 4 ．2 ．2 蠕变速率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 4 ．2 ．3 长期强度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 4 4 ．3 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 6 5 冻结软岩的蠕变损伤本构模型研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 5 ．1 岩石流变模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 7 5 ．2 冻结软岩的蠕变损伤本构模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 0 5 ．2 ．1 损伤变量及其演化方程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 0 5 ．2 ．2 蠕变损伤模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 5 ．3 冻结软岩蠕变损伤模型的验证和参数辨识⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 3 5 ．3 ．1 参数的辨识⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 3 5 ．3 ．2 蠕变模型的验证⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 6 5 ．4 冻结软岩的蠕变损伤有限元分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。7 0 5 ．4 ．1 黏弹性蠕变分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 0 5 ．4 ．2 黏塑性蠕变分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 5 ．4 ．3 蠕变损伤有限元求解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 4 5 ．5 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 5 6 基于蠕变损伤模型的冻结壁数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 7 6 ．1A B A Q U S 软件简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 7 6 ．2 白垩系地层冻结法凿井现场实测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 7 6 ．2 ．1 工程概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 8 6 ．2 ．2 现场实测方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 0 6 ．2 ．3 测试结果及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 0 6 ．3 冻结温度场数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 8 6 ．3 ．1 模型建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 8 6 ．3 ．2 冻结壁温度场数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 8 万方数据 目录 6 ．3 ．3 冻结壁温度场数值模拟与现场实测对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 1 6 ．4 基于蠕变损伤模型的A B A Q U S 二次开发⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。9 3 6 ．4 ．1A B A C t U S 二次开发⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 3 6 - 4 ．2 模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 7 6 ．5 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 9 7 主要结论和创新点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 0 7 ．1 主要结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 0 7 ．2 创新点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 1 7 ．3 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 2 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0 3 j l j [ 谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11 4 作者简介及读博期间主要科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11 5 万方数据 安徽理工大学博士学位论文 C o n t e n t A B S T R A C T C H I N E S E ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A B S T R A C T E N G L I S H ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I I 1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1B a c k g r o u n da n dS i g n i f i c a n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．2R e s e a r c hs t a t u sa th o m ea n da b r o a d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．2 ．1R e s e a r c hs t a t u so f r o c kd a m a g ea n dc r e e pt h e o r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．2 R e s e a r c hs t a t u so ft h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ff r o z e nr o c ka n ds o i l ．．4 1 ．3R e s e a r c hc o m e ma n dt e c h n o l o g yr o a d m a p ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．3 ．1R e s e a r c hc o g e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 1 ．3 ．2 T e c h n o l o g yr o a d m a p ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2T r i a x i a lc o m p r e s s i o nt e s t so f f r o z e ns o f tr o c ko f C r e t a c e o u sf o r m a t i o n ．．⋯．⋯．⋯．．⋯．．9 2 ．1 P m p a r a t i o no f t e s ts p e c i m e n sa n dp h y s i c a lp r o p e r t i e st e s t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．1 ．1 S p e c i m e n sc o l l e c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 2 ．1 ．2R o c kp h y s i c a lp e r f o r m a n c et e s t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 2 ．1 ．3 S p e c i m e n sp r e p a r a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．1 ．4T e s te q m p m e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．2T e s td e s i g n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．3U n i a x i a lc o m p r e s s i o nt e s t sa td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2 ．3 ．1T e s tr e s u l t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2 ．3 ．2 A n a l y s i so f t e s tr e s u l t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 4 2 ．4T r i a x i a lc o m p r e s s i o nt e s t sa td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．4 ．1T e s tr e s u l t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 2 ．4 ．2 A n a l y s i so f t e s tr e s u l t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 0 2 ．5S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3I n c r e m e n t a ls t a t i s t i c a ld a m a g ec o n s t i t u t i v em o d e lo ff r o z e ns o f tr o c k o f c 代炳e o u Sf o r m a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 3 ．1C h a r a c t e r i s t i c so f c u r v e so f t r i a x i a lc o m p r e s s i o nw h o l ep r o c e s s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 3 ．2E s t a b l i s h m e n to f r o c kd a m a g ec o n s t i t u t i v em o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 9 ．．v i i i ．． 万方数据 C o n t e n t 3 ．3 3 ．4 3 ．5 3 ．6 A ni n c r e m e n t a ls t a t i s t i c a ld a m a g ec o n s t i t u t i v em o d e lo fs o f tr o c k ．．．．．．．．．．．．．．．3 2 M o d e lp a r a m e t e r sI n v e r s i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 3 F i n i t ee l e m e n tp r o g r a md e v e l o p m e n to fd a m a g ec o n s t i t u t i v em o d e lb a s e d o n A B A Q U S ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 6 S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 9 4 C r e e pe x p e r i m e n t a ls t u d yo f f r o z e ns o f tr o c ko fc r e t a c e o u sf o r m a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 4 ．1T r i a x i a lc r e e pt e s t so f c r e t a c e o u sf r o z e ns o f tr o c k ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 4 ．1 ．1 T e s tm e t h o d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 4 ．1 ．2T f i a x i a lc r e e pt e s tr e s u l t so f f r o z e ns o f tr o c k ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 2 4 ．2 A n a l y s i so f t e s tr e s u l t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 4 ．2 ．1 C r e e pv a l u e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 4 ．2 ．2 C r e e pr a t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 4 ．2 ．3 L o n g - t e r ms t r e n g t h ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 4 4 ．3 S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 6 5R e s e a r c ho fc r e e pd a m a g ec o n s t i t u t i v em o d e lo f f r o z e ns o f tr o c k ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 5 ．1E s t a b l i s h m e n to f r h e o l o g i c a lm o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 7 5 ．2E s t a b l i s h m e n to fc r e e pd a m a g ec o n s t i t u t i v em o d e lo f f r o z e ns o f tr o c k ．．．．．．．．6 0 5 ．2 ．1 D a m a g ev a r i a b l ea n de v o l u t i o ne q u a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 0 5 ．2 ．2E s t a b l i s h m e n to f c r e e pd a m a g em o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 1 5 ．3 C r e e pd a m a g em o d e lv a l i d a t i o na n dp a r a m e t e r si d e n t i f i c a t i o no f f ．r o z e ns o f tr o c k ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯。⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯6 3 5 ．3 ．1P a r a m e t e r si d e n t i f i c a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 3 5 ．3 ．2 C r e e pm o d e lv a l i d a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯