深部高压冻结冰卸围压条件下力学特性及宏细观破坏机制研究

doi:10.13545/j.cnki.jmse.2025.0063

采矿与安全工程学报 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (4): 915-924.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0063

深部高压冻结冰卸围压条件下力学特性及宏细观破坏机制研究

张雨1，2，杨维好1,2，杨志江1，丁莹1，张宸毅2，孙培鑫2，王宝生3，于庆博4，邹成1

1. 中国矿业大学力学与土木工程学院，江苏徐州 221116; 2. 中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室，江苏徐州221116; 3. 上海市基础工程集团有限公司，上海 200082; 4. 吉林大学建设工程学院，吉林长春 130026

出版日期:2025-07-15 发布日期:2025-07-15
通讯作者: 杨维好，E-mail： whyang@vip.sina.com ，Tel： 0516-83995968
作者简介:张雨(1992— )，男，吉林省公主岭市人，博士，讲师，主要从事能源岩土温度场与冻结法凿井等方面的理论与施工工艺研究。
基金资助:
国家自然科学基金青年基金项目(42302273); 江苏省自然科学基金青年基金项目（BK20231080）；中国博士后科学基金面上项目（2022M713367）；江苏省双创博士计划项目（JSSCBS20221529）；中央高校基本科研基金项目（2022QN1025）；国家重点研发计划项目（2016YFC0600904）

Study on the mechanical characteristics and macro-micro failure mechanisms of deep high-pressure frozen ice under confining pressure unloading conditions

Online:2025-07-15 Published:2025-07-15

摘要/Abstract

摘要： 随着人工地层冻结工程施工深度和极地冰盖钻探深度的不断增大，早期无压冻结冰力学性质研究成果与现场实测数据之间的偏差逐渐增大。为探究卸载条件下深部高压冻结冰力学特性，开展了10，20，30和50 MPa冻结压力下冰试样卸围压试验研究，并对其宏、细观变形破坏机制进行了观测与分析。研究结果表明：卸围压条件下，各工况冰试样偏应力轴向应变曲线均表现出较长的屈服平台，峰值偏应力与残余偏应力随冻结压力呈先增大后减小的趋势，20 MPa冻结压力具有临界特性；宏观层面，随着冻结压力的增大，冰体韧性增强，变形破坏后试样由裂纹交错状转为高透明状；细观层面，微裂纹和动态再结晶是冰体卸围压变形破坏后的两大典型组构特征，变形破坏过程随冻结压力的增大逐渐由微裂纹发育主导转化为动态再结晶主导。研究成果可为深部人工冻结工程中冻结壁设计和极地巨厚冰盖钻探工艺改进提供理论依据。

关键词: 高压冻结冰, 卸围压, 力学特性, 人工地层冻结, 极地冰盖钻探

中图分类号:

TD 265.3

张雨, 杨维好, 杨志江, 丁莹, 张宸毅, 孙培鑫, 王宝生, 于庆博, 邹成. 深部高压冻结冰卸围压条件下力学特性及宏细观破坏机制研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2025, 42(4): 915-924.

[1]	缪澄宇, 崔力, 孙晓明, 谭雨泽, 李志虎, . 不同裂隙倾角NPR锚固岩体力学特性对比研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2025, 42(4): 779-788.
[2]	吴鹏, 张连英, 郑亚东, 郭晓倩, 朱付强. 考虑温度与升温速率效应的砂岩细观损伤机制研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2025, 42(3): 696-707.
[3]	余伟健, 周明娟. 不同次裂隙数目条件下岩石力学特性及破坏模式[J]. 采矿与安全工程学报, 2025, 42(2): 394-403.
[4]	王树帅, 杨仁树, 李永亮, 岳中文. 风积沙胶结充填体力学特性与破坏特征研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2025, 42(2): 418-429.
[5]	许永震, 栾兆群, 徐兴奎, 王磊, 崔力, 缪澄宇, 孙晓明, . 深部预制裂隙锚固软岩拉-压力学特性数值模拟研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2024, 41(6): 1134-1147.
[6]	张健, 郭亮亮, 涂坤. 不同围压卸荷速率下砂岩力学特性数值试验研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2024, 41(3): 597-610.
[7]	弓昊, 李地元, 李铮, 胡皓宇. 基于CT扫描技术的煤试件力学特性及裂隙扩展规律研究#br#[J]. 采矿与安全工程学报, 2024, 41(3): 611-622.
[8]	蒋静宇, 史孝宁, 程远平, 沈润生, 马建军, 王成浩. 急速卸压条件下构造煤体应力释放规律试验研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2024, 41(3): 634-644.
[9]	段会强, 王超, 孙明. 煤岩组合体峰后卸加载力学特性及支护作用机理[J]. 采矿与安全工程学报, 2024, 41(2): 372-383.
[10]	杜凯, 陈天宇, 杨成祥, 徐允哲, 张洪铭, 刘华, 崔光磊, 刘立民, 王守国. 真三轴应力下铝土矿力学特性及变形破坏特征[J]. 采矿与安全工程学报, 2024, 41(1): 67-73.
[11]	王磊, 张帅, 刘怀谦, 陈礼鹏. 冲击载荷下含瓦斯煤力学特性与破坏特征[J]. 采矿与安全工程学报, 2023, 40(6): 1323-1334.
[12]	林海飞, 王裴, 李树刚, 李博涛, 罗荣卫, 秦雷. 液氮循环冻融作用下煤体渗透率演化规律及模型研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2023, 40(5): 1067-1077.
[13]	单鹏飞, 高健铭, 来兴平, 孙浩强, 杨攀, 代晶晶. 考虑初始损伤差异性的煤样声发射率响应研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2023, 40(4): 798-808.
[14]	伍永平, 汤业鹏, 解盘石, 胡博胜, 刘宝恒. 含煤线夹矸岩体力学特性及变形破坏特征的数值实验[J]. 采矿与安全工程学报, 2022, 39(6): 1198-1209.
[15]	查文华, 王荣荣 , 王京九 , 梁译文 , 杨国威, 刘小虎. 抗大变形麻花锚杆力学特性试验及数值模拟研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2022, 39(5): 940-950.

深部高压冻结冰卸围压条件下力学特性及宏细观破坏机制研究

Study on the mechanical characteristics and macro-micro failure mechanisms of deep high-pressure frozen ice under confining pressure unloading conditions

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价