AMD腐蚀砂岩的损伤本构模型研究

"这篇论文是2011年由姜立春和温勇发表在《中南大学学报(自然科学版)》第42卷第11期上的，主要探讨了AMD（Acid Mine Drainage）蚀化砂岩的损伤本构模型。作者通过实验研究AMD对砂岩力学性质的影响，并利用Weibull函数分析砂岩微元体的强度分布，建立了考虑化学损伤的本构模型。他们还结合不同pH值AMD溶液和酸液蚀化砂岩的试验数据，验证了模型的有效性。" AMD（酸性矿山排泄水）是一种环境问题，它含有高浓度的酸性和有害金属，能够显著改变砂岩的物理和力学特性。在本文中，研究人员首先关注AMD如何影响砂岩的力学性能，这是由于AMD会侵蚀砂岩中的胶结物，导致结构破坏和强度降低。通过对AMD蚀化砂岩进行单轴抗压试验，他们发现砂岩的强度和变形特性发生了显著变化。 为了量化这种变化，作者应用了Weibull分布来描述砂岩微结构强度的不均匀性。Weibull函数在材料科学中常用于描述材料强度分布，尤其适用于表示脆性材料如砂岩的失效行为。通过这种方式，他们推导出了AMD环境下砂岩的损伤本构关系，揭示了损伤随加载过程如何逐渐积累。 进一步，考虑到AMD蚀化导致的化学变化，研究者引入了一个化学损伤变量，这个变量与蚀化过程中主要胶结物的损失相对应。通过这种方式，他们计算出了蚀化后砂岩的等效弹性模量，该模量反映了材料的弹性响应随损伤程度的变化。 在Lemaitre应变等效原理的基础上，作者发展了一个更全面的损伤本构模型。Lemaitre的理论通常用于描述材料在非线性条件下的损伤演化，它考虑了应变历史对材料性能的影响。将这一原理推广到AMD蚀化砂岩的情况，使得模型能够描述材料在化学腐蚀下的损伤演变过程。 为了验证模型的准确性，论文列举了两个实际的实验案例，包括pH值为1.07和3.26的AMD溶液蚀化以及pH值为3.0和5.0的人工配制酸液溶蚀的砂岩试样。通过比较模型预测和实验结果，作者发现模型能够较好地匹配试验曲线，从而证实了模型在模拟AMD蚀化砂岩损伤特性方面的有效性。 关键词涵盖了岩石力学、AMD、化学损伤、本构模型和Weibull分布等领域，表明该研究涉及了地质工程、环境科学和材料科学等多个交叉学科。这项工作对于理解AMD对地质结构稳定性的影响以及在矿产开采、环境保护和地质灾害预测等方面具有重要的理论和实践意义。