岩石中微细观结构对外力和温度响应的概率研究

Preisach-Mayergoyz(PM)空间中的滞回细观单元对外力或温度是否响应对某些单元来讲存在着不确定性,这将导致循环加载时滞回圈的不稳定。外载频率和温度不同,岩石中微细观结构参与对宏观外力和温度响应的转换概率也不同。通过单轴和三轴循环加载实验可得:随频率增高,微细观结构对外力响应的转换概率减小,自适应调整时间缩短,滞回圈越容易趋于稳定;随温度不断升高,微细观结构对温度响应的转换概率增大,自适应调整的时间增长,滞回圈散开趋于不稳定。因此,降低频率与升高温度都将导致滞回圈趋于不稳定,这进一步说明,降低频率与升高温度是等效的,从原理上证明了饱和岩石的时温等效性。这一结论对大型地下工程或深埋核废料和CO2的储藏是很有意义的。

岩石非线性细观响应中温度对岩石力学性能的影响

对饱和岩石随温度变化情况进行实验研究,其结果显示:饱和岩石随温度升高,模量、波速减小;随温度继续升高,模量、波速又随温度升高而增大。这一规律是热激活弛豫波动理论模型的佐证。将这一温度效应引入隐含内力的细观PM(Preisach-Mayergoyz)模型中,则模型中的模量Ki变为与温度相关的函数Ki(T)。温度T的变化同样会引起PM空间中滞回细观单元(HMU)特征长度和PM空间HMU密度分布的变化,从而引起宏观模量的变化,为此建立温度对PM空间非经典单元(NCU)密度影响的函数关系。在此基础上进行温度效应的细观研究,且对循环加载滞回圈的温度效应进行模拟,取得滞回圈随温度升高向应变增大方向移动,滞回圈模量降低,随温度继续升高,滞回圈又随温度升高朝低应变方向移动,模量增大。这一细观模拟结果与国内外相关实验结果是一致的。

滞后细观模型在岩石力学中的应用

对以砂岩为代表的所谓“NME材料”的力学行为研究方面的一些新的概念和模型进行了评介.首先介绍了一种基于所谓“滞后单元”的描述滞后现象的物理模型——Preisach-Mayergoyz(P-M)模型,然后详细阐述了P-M模型应用于模拟岩石的非线性滞后应力应变关系的过程和结果.这种唯象模型很好地描述了宏观上的滞后表现和“离散记忆”效应.接着本文对应变能耗散的力学机制进行了简单分析.最后,介绍了一种描述弹性波在“NME材料”中传播规律的数学方法,该方法从一般的弹性波传播规律出发,分析了“NME材料”特殊的力学性质给弹性波传播带来的影响,揭示了产生特殊的弹性波传播规律的原因.