摘要
煤炭地下气化过程中岩石的变形和破坏特征是煤层气化生产中遇到的基本力学问题.为了研究岩石在高温和高应力共同作用下的力学特性以及变形和损伤过程特征，需要对热损伤岩石的力学性质及损伤本构模型进行研究.本文首先通过单轴压缩试验来研究热损伤白砂岩的物理力学特性，其次利用损伤力学理论建立了基于Mohr-Coulomb强度准则的高温-循环荷载共同作用下的岩石损伤本构模型，并通过分级加-卸载试验来验证该本构模型的合理性;然后分析了损伤本构演化规律，探讨了分级加-卸载作用下热损伤白砂岩的微观损伤演化特征与其宏观力学效应之间的关系;最后分析了不同温度下白砂岩的裂隙扩展模式和贯通机制，研究结果表明: (1)通过对热损伤白砂岩进行单轴压缩试验，得到试验各个参数，探究不同温度下白砂岩的物理力学特性。研究发现:温度会因热膨胀和失水的各向异性和失配而使砂岩内层的裂纹形成微裂纹，孔隙率增加，单轴抗压强度减小，弹性模量减小，泊松比降低，使砂岩的力学性能恶化;较高的温度将导致相邻土层之间的滑动阻力增加，剪切强度增加，内摩擦角增加，粘聚力增加. (2)本文所建立的高温-循环荷载耦合作用下的白砂岩损伤本构模型，能够较准确地描述热损伤白砂岩在分级加-卸载作用下的应力-应变关系.由于砂岩本身的非线性特性，在分级加-卸载过程中会出现滞回环，每一次加-卸载都会有新的残余应变产生.温度越高，砂岩的强度越低，峰值应力越小，峰值应变越大. (3)砂岩的总损伤变量随着应变曲线的发展总体上可分为四个阶段，其中包括损伤弱化阶段，塑性变形阶段，应变软化阶段以及残余变形阶段.损伤本构演化曲线揭示了白砂岩微观损伤演化特征和宏观力学效应，从微观损伤演化中揭露了白砂岩在宏观高温-循环荷载耦合作用下的损伤机制. (4)在研究不同温度下岩石的裂隙扩展模式和贯通机制时，通过对岩石裂隙扩展模式的分析，发现了导致白砂岩整体破裂的四种裂隙类型:张开裂隙、次生共面裂隙、次生倾斜裂隙和斜裂隙，同时还存在一种“楔形体”破坏模式.
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