深部砂岩分级增量加卸载蠕变特性

摘要

为研究砂岩在深部高应力环境下的蠕变变形特征和黏弹塑性变形规律,对砂岩试件还原初始应力后采用分级增量加卸载的方式,进行三轴压缩蠕变试验。根据试验结果将应变分解为瞬弹性应变、瞬塑性应变、黏弹性应变和黏塑性应变,采用稳态蠕变速率法测算了深部砂岩的长期强度,并验证了基于分数阶模型改进的深部砂岩蠕变模型的适用性,对比分析了西原模型与改进后的深部砂岩蠕变模型对试验数据的拟合效果。结果表明:砂岩蠕变过程中,瞬时弹性应变阶段变形量最大,占总变形量的70%~80%;随着加载等级的增加,深部岩石试件瞬弹性应变和瞬塑性应变都逐渐增加,但瞬塑性应变增量先减小后增大,说明在加载过程中试件内部有瑕疵的微元体被破坏;随着应力增加,不可恢复的黏性流动增强,黏塑性应变增长较快,塑性变形堆积,到高应力水平蠕变变形表现为黏弹性变形和黏塑性变形共存的状态;通过对稳态蠕变进行分析,得到砂岩试件稳态蠕变速率不为零的应力阈值,以此为测算深部砂岩长期强度的依据,测算得到深部砂岩的长期强度为66 MPa,约为常规强度的77%。通过最小二乘法对数据进行深部砂岩蠕变模型和西原模型的拟合与参数辨识,得出改进后分数阶模型可以更好地描述深部砂岩的等速蠕变和加速蠕变。