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  • ISSN:0253-9993
  • CN: 11-2190/TD

《煤炭学报》

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深部不同深度岩石脆延转化力学行为研究

作者(Author):

  • 谢和平
  • 高明忠
  • 付成行
  • 鲁义强
  • 杨明庆
  • 胡建军
  • 杨本高

作者单位:

  • 深圳大学广东省深地科学与地热能开发利用重点实验室
  • 深地科学与绿色能源研究院
  • 土木与交通工程学院
  • 深圳大学深圳市深部工程科学与绿色能源重点实验室
  • 四川大学 水利水电学院
  • 中铁工程装备集团有限公司

关键词:

  • 深部岩石
  • 不同深度
  • 脆延性转化
  • 脆性指标
  • 原位应力环境
  • 摘要
  • 论文图表
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  • 引用格式

岩石脆延转化力学行为规律是深部岩石力学研究的重要内容之一,同时也是影响深地工程安全高效实施的关键因素。为研究深部不同深度岩石脆延转化力学行为差异性规律,以松辽盆地1000 m~6400 m不同赋存深度的砂岩、砾岩和安山岩为研究对象,开展了同一深度岩石不同应力水平下、不同深度岩石同一应力水平下以及不同深度岩石原位应力水平下的常规三轴实验,并采用峰前和峰后脆性指标分析了岩石的脆性特征,初步揭示了深部不同深度岩石脆延转化力学行为的关键影响因素与差异性规律。研究结果表明:不同深度岩石脆延转化并是非瞬时的,而是存在一个脆延性逐渐转换的应力区间。同一深度岩石不同应力水平下其脆延特征主要受围压影响。对于1600 m深砂岩,其脆性整体上随着围压的增大而减小,出现了从脆性—延性—应变硬化的转变,并且其峰后塑性逐渐增强,直到峰后呈现完全塑性。50 MPa~70 MPa应力水平范围为1600 m深砂岩的脆延转化区间;相同围压下不同深度岩石的脆延特征主要受其本身矿物组分的影响。对于松辽盆地岩石样品,其硬相矿物和中等相矿物的含量总体上随着深度的增加而增大,导致其脆性随深度的增加而增大,由浅至深表现出延性—脆延转化—脆性的特征;不同深度岩石原位应力水平下其峰后特征随着深度的增加呈现出不同的特征:1000 m~3500 m深砂岩表现出峰后应变软化特征、4800 m深砂岩和5100 m~5600 m深砾岩表现出峰后脆性特征、6400 m以深的安山岩表现出峰后塑性流动特征。岩石的脆延特征受诸多因素的影响,其中岩石的矿物组分和应力环境对其脆延特征的影响存在博弈现象。随着深度的增加硬相矿物和中等相矿物含量的增加会导致岩石的脆性增长,而岩石加载应力水平的增加,又会抑制岩石的脆性增长。研究结果有望指导深地科学探索及深地工程高效实施。


谢和平,高明忠,付成行,等. 深部不同深度岩石脆延转化力学行为研究[J]. 煤炭学报,2021,46(3):701-715. XIE Heping,GAO Mingzhong,FU Chenghang,et al. Mechanical behavior of brittle-ductile transition in rocks at different depths[J]. Journal of China Coal Society,2021,46(3):701-715
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