含水合物沉积物等效弹性模量混合律模型

水合物开采安全性评价亟需合理的含水合物沉积物本构关系模型,而等效弹性模量的准确预测是建立合理本构关系模型的重要前提条件。本文基于复合材料经典的应力串联和应变并联模型提出了含水合物沉积物等效弹性模量的细观力学混合律模型,与三轴压缩试验结果对比验证了该模型的适用性。研究结果表明:等效弹性模量细观力学混合律模型的模型参数少,且物理意义明确,其预测结果与试验数据符合良好;含水合物沉积物的割线模量随水合物饱和度与有效围压的增加而变大。

复合材料等效弹性模量的改进混合律方法

用连续介质力学方法,建立了混合律模型,对复合材料的等效弹性模量进行了分析;提出了一种改进的混合律方法,并给出了计算等效弹性模量的改进公式.计算实例表明,改进公式的最大误差为9%,计算曲线逼近试验曲线,而Voight模型、Reuss模型以及Halpain-Tsai修正公式的最大误差都大于23%,它们的计算曲线与试验曲线相距较远.

改进混合律方法研究梯度材料力学性能

利用连续介质力学方法对复合材料的有效弹性模量进行了分析,以复合材料混合律模型,建立了一种改进的混合律方法,并给出了对有效弹性模量进行预测的改进公式。实例计算出的图例表明,以混合律公式比Voight模型、修正的混合率模型以及指数函数变化规律建立弹性常数的变化规律而得出的公式,更逼近梯度材料有效弹性模量的实验值,且实用有效。

含水合物沉积物三轴剪切试验与损伤统计分析

天然气水合物开采诱发水合物分解,削弱水合物地层强度,可能导致地层滑动和生产平台倒塌等工程地质灾害,对水合物开采安全性构成严重威胁.深入理解含水合物沉积物力学性质并建立合理的本构关系模型是水合物开采安全性评价的前提条件.在自主研发的含水合物沉积物力学性质测试实验装置上,采用饱和水海砂沉积物气体扩散法制备了含水合物沉积物样品,并开展了系列的排水三轴剪切试验,通过时域反射技术实现了样品中水合物饱和度的实时在线测量;基于复合材料的罗伊斯(Reuss)应力串联模型和沃伊特(Voigt)应变并联模型提出了含水合物沉积物等效弹性模量的细观力学混合律模型,结合损伤统计理论和摩尔-库伦破坏准则改进了含水合物沉积物的本构关系模型.结果表明:随着水合物饱和度的增加和有效围压的减小,应力-应变曲线由应变硬化型变为应变软化型,割线模量和峰值强度均随水合物饱和度与有效围压的增加而提高,黏聚力受水合物饱和度影响明显,而内摩擦角基本不变;提出的等效弹性模量细观力学混合律模型与改进的本构关系模型均具有良好的适用性,模型参数少且物理意义明确.