砂岩双轴压缩应力状态下的拉伸强度的实验研究

岩石材料的拉伸强度对于井壁稳定校核计算是一个比较重要的基础参数。一般的,对于金属材料,可以通过拉伸试验机来直接获得抗拉强度;但是对于岩土类材料,这种方法从第一步制样上可行性就较差。在实验室内获得岩石抗拉强度最常用的方法是巴西劈裂法,这是一种间接获得岩石单轴抗拉强度的方法,目前被ISRM(国际岩石力学协会)推荐并得到了广泛的应用。但这种方法也存在一定的局限性:首先,由于无法还原岩石的初始压实状态,因此在校核超深层岩石的拉伸强度时会有偏差;此外,这种方法的前提假设是岩石在线弹性阶段过后直接发生脆性破坏,这与砂岩实际变形规律不符。基于以上问题,本文从屈服理论出发,通过双轴压缩实验的方法确定了砂岩在地下的真实拉伸屈服强度以及极限拉伸强度,实验表明砂岩的屈服强度随围压增大而增大,符合岩石材料越致密强度越高的普遍认识。通过拟合外推可以得到等效的砂岩单轴拉伸屈服强度,与巴西实验数据结果非常接近,验证了这种方法获得带围压下砂岩拉伸屈服强度的可靠性。通过研究双轴压缩应力状态下砂岩的拉伸强度,可以为卸载工况下砂岩发生拉伸破坏提供更准确的校核依据,为砂岩井壁稳定提供理论与实验支撑。

三参数双τ^(2)强度理论及其应用

针对工程中岩石、混凝土等材料在复杂应力状态下的破坏问题,提出了一种新的三参数双τ^(2)强度理论,利用3种特殊应力状态给出了数学表达式。考虑到极限应力比受材料性质的影响,选取不同压拉比、剪拉比应力值,对比分析了岩石、混凝土在不同应力状态下的理论数据与试验数据。结果表明:在新强度理论下理论预测曲线与混凝土、岩石材料在常见4种应力状态下的受力破坏相吻合,能够保证脆性材料在工程应用上的适用性和安全性。

双向载荷条件下Ⅰ型裂纹的疲劳扩展

研究了双轴向应力状态下Ⅰ型穿透裂纹的疲劳扩展规律，采用构形合理且经精确标定应力强度因子值的双向十字形试样，在电液伺服双轴向疲劳试验机上对低合金钢（１６ＭｎＲ）进行了多种载荷比的疲劳裂纹扩展速率试验，得到了双轴向应力状态下的Ｐａｒｉｓ方程，为目前按缺陷评定规范依据单轴向疲劳试验所得数据对工程构件进行疲劳评定提供参考数据，并就当前研究者们对于双向应力场中横向载荷对疲劳裂纹扩展行为的影响的不同看法进行分析探讨。