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类岩材料力学特性非弹性变形模型构建综合研究

特莫娜娃玛丽亚 斯特凡诺夫尤里 杜宾雅尼基塔 巴克耶夫鲁斯塔姆

特莫娜娃玛丽亚, 斯特凡诺夫尤里, 杜宾雅尼基塔, 等, 2025. 类岩材料力学特性非弹性变形模型构建综合研究. 地质力学学报. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2024094
引用本文: 特莫娜娃玛丽亚, 斯特凡诺夫尤里, 杜宾雅尼基塔, 等, 2025. 类岩材料力学特性非弹性变形模型构建综合研究. 地质力学学报. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2024094
Maria Trimonova, Yuri Stefanov, NiJiTa DUBINYA, et al., 2025. A comprehensive study of the mechanical propertiesof rock-like materials for inelastic deformation model establishment. Journal of Geomechanics. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2024094
Citation: Maria Trimonova, Yuri Stefanov, NiJiTa DUBINYA, et al., 2025. A comprehensive study of the mechanical propertiesof rock-like materials for inelastic deformation model establishment. Journal of Geomechanics. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2024094

类岩材料力学特性非弹性变形模型构建综合研究

doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2024094
基金项目:  基础科学研究 (FMWN-2025-0007);俄罗斯联邦教育科学部的国家任务(125012100531-7)

A comprehensive study of the mechanical propertiesof rock-like materials for inelastic deformation model establishment

  • 摘要: 文章针对人工样品的不可逆变形,通过一系列标准化试验深入探究其力学行为。研究的主要思路在于制备具有预定本构行为模型的人造材料。借助这些材料特性描述清晰的优势,未来有望针对类岩石材料开展各类机械过程的可控试验,为岩石力学领域理论模型的进一步发展与验证提供有力支撑。通过对一组制备的人工样品进行加在试验并全面评估,旨在确定三轴压缩试验和单轴拉伸条件下样品的流变特性。对 9 个样品进行了不同径向应力水平(0~5 MPa)的三轴加载试验。在控制径向应变和体积应变的情况下,将样品加载至屈服点。试验结果包含轴向和径向应力与应变之间的相互关系,并使用德鲁克-普拉格屈服面进行分析。材料硬化通过非关联塑性流动规律与盖模型加以考虑。采用有限差分法对样品加载进行数值建模。通过调整数学模型参数,尽量减少数值模型结果与试验数据之间的差异。对确定模型所有参数所需的一系列试验研究的设计进行了深入探讨。研究表明,所建立的数学模型能够可靠地再现所研究材料的非弹性行为,并可用于解决连续介质力学中的一系列应用问题,特别是弹塑性介质中水力断裂增长的数值模拟问题。研究结果表明,在施加横向载荷(0~5 MPa)的整个范围内,弹性极限在 2~4 MPa之间变化,之后材料开始出现塑性行为。进一步的研究表明,当侧向载荷≥ 3 MPa时,材料开始出现超过屈服点的压实现象。根据横向载荷等于 1.4 MPa时体积应变的相关性判断,即使横向载荷低于 3 MPa,压实也应开始出现。同时,在对这种材料的水力压裂过程进行建模时,必须考虑到材料的塑性行为,由此得出的模型材料塑性参数可用于对所考虑岩石的弹塑性变形进行数值建模,包括孔隙弹塑性介质中的水力压裂增长过程。 文章提出的用于解释试验研究结果的程序能够为具有非弹性应变累积的岩体中的力学行为数值建模提供有力支持,从而提高用于优化油气田开发的地质力学模型的可靠性。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2024-09-04
  • 修回日期:  2025-04-18
  • 录用日期:  2025-04-27
  • 预出版日期:  2025-05-14

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