热力耦合作用下花岗岩流变模型的本构关系研究

葛布斯

热力耦合作用下花岗岩流变模型的本构关系研究
郤保平，赵阳升，万志军，赵金昌，王毅
(1. 太原理工大学 采矿工艺研究所，山西 太原 030024；2. 中国矿业大学 能源与安全工程学院，江苏 徐州 221008)

摘要：热力耦合作用下岩石的微观结构的变化是引起宏观力学变化的主要原因，从热力耦合作用下花岗岩的流变
机制研究出发，建立热力耦合作用下花岗岩的流变模型，从而推导流变本构方程是一种可行的方法。通过热力耦
合作用下花岗岩的流变机制研究可知：(1) 花岗岩是一种由多种成分构成的具有多晶复合介质特点的脆性坚硬岩
石，具有很大的非均质性，内部微观结构可分为晶粒、晶粒边界、晶间胶结物及晶间孔隙，这样的组分和结构将
决定花岗岩在热力耦合作用下的流变特性。(2) 热力耦合作用下花岗岩流变现象主要是热力耦合作用下岩体内晶
间胶结物及晶粒内部产生的位错及微破裂过程，即温度产生的热破裂和应力产生损伤破裂的复合破裂过程，微观
结构上的变化使得标志着热力耦合作用下宏观力学特性的力学参数成为温度的函数。因此，将岩石现象流变学与
物理流变学结合起来，提出热力耦合作用下岩石热黏弹塑性流变元件力学元件，在广义西原模型的基础上建立热
力耦合作用下花岗岩流变模型，推导出可描述150 MPa 及600 ℃以内花岗岩的流变本构方程，用试验结果验证了
其适用性和合理性。热力耦合作用下花岗岩流变模型的本构方程的建立为高温岩体地热开发钻井施工及其稳定性
研究提供了依据。
关键词：岩石力学；热力耦合作用；花岗岩；流变机制；流变模型；本构方程

中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2009)05–0956–12