泥岩弹塑性损伤–愈合模型研究(5)

3196 岩石力学与工程学报 2014年

Y. Jia[14]的方法获得。

为验证模型的合理性与有效性，对采自淮南潘一东煤矿深部岩巷中的泥岩试样进行三轴压缩试验，根据上述参数确定方法分析了实验结果，获得模型参数如下：E 11.2GPa， 0.31，a0 2.5

10－7

，Pc 28.4MPa，Cs 0.1，N 3.6，B 7

10－3， 0m

p 0.29， p 1， 0.5，a1 0.021，

a－52 －6.4 104，r0 6.4 10，r1 3.7 10－3，a3 0.011，a44 －0.15 10，r2 9.3 10－5，r3 4.1

10－3，自行编制有限元程序使用上述模型(记为模型1)对所进行的泥岩三轴试验进行数值模拟。

为探究愈合部分对模型模拟效果的影响，对模型1作剔除愈合部分处理，得到的新模型记为模型2，使用模型2对上述泥岩三轴试验进行模拟。

模型2的增量本构方程如下：

E(d)( － p

) E (d):d :( － p) (27) 图2为不同围压下泥岩三轴压缩试验值和模型1及模型2模拟值的比较，从图中可以看出，试验值和模型1模拟值总体上表现出较好的一致性，特别是在侧向变形方面二者吻合度较高，说明使用本

－0.6 －0.4 －0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8

1/%

3/%

(a) 围压0 MPa

－2.5 －2.0 －1.5 －1.0 －0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

1/%

3/%

(b) 围压10 MPa

－2.5

－2.0 －1.5 －1.0 －0.5 0.5

1.0 1.5

2.0 2.5

1

/%

0.0

3/%

(c) 围压20 MPa

图2 不同围压下模型1及模型2模拟值与实验值比较 Fig.2 Comparisons between simulation values of models 1，2 and experiment data under different confining pressures

文所提出的模型(模型1)来描述深部泥岩的主要力学特性是合理可行的。

对比图2(a)～(c)不难发现，围压越高，模型1的模拟曲线与试验值吻合度越高，说明所提出的弹塑性损伤–愈合模型对围压较为敏感，该模型更适用于较高围压情况，这与实践中深部高应力条件下泥岩自愈合更加显著是相吻合的。

虽然未考虑愈合效应的模型2也能模拟泥岩的三轴压缩实验，但是相比于模型1，模型2的模拟曲线与实验值吻合度不高，愈合部分的加入对模型模拟结果的影响较大，且有利于提高模型的模拟效果。

6 结 论

(1) 基于广义热力学，连续损伤力学和泥岩特殊性所提出的理论模型能在描述不同应力条件下泥岩的弹塑性变形和损伤演化的同时，考虑泥岩的自愈合特性。

(2) 力学试验和模型模拟结果对比表明提出的弹塑性损伤–愈合模型能够有效地描述泥岩的力学特性。

(3) 提出的模型中，愈合部分对模型的影响比较明显，愈合变量的引入有利于提高模型的模拟效果。

本文所提出的模型虽能考虑了泥岩的自愈合特性，但也存在一定缺陷：模型仅针对含水量固定的泥岩，未考虑水分迁移和含量变化对泥岩自愈合的

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