Batuan tersusun atas partikel-partikel mineral dan Pori Batuan mikro antar mineral yang mempunyai pengaruh besar terhadap sifat mekanik batuan. Dalam artikel ini, berdasarkan teori tegangan terkunci yang dikembangkan oleh akademisi Chen Zongji, masalah tegangan terkunci pada Pori Batuan bawah tanah disimulasikan dengan ekspansi termal partikel karet keras. Inklusi pori dalam batuan diasumsikan sebagai rongga bola yang terdistribusi secara merata. Menggunakan teori tegangan termal, tegangan batuan dengan inklusi pori berbentuk bola setara dengan tegangan termal yang dihasilkan oleh inklusi karet keras berbentuk bola. Rumus teori elastis dari kenaikan suhu dan tekanan pori ekivalen dari inklusi karet keras berbentuk bola diturunkan. Simulasi numerik model massa batuan dengan inklusi karet keras berbentuk bola dilakukan dan dibandingkan dengan hasil perhitungan teoritis; hasilnya menunjukkan bahwa mereka konsisten. Metode yang diusulkan oleh makalah ini untuk mensimulasikan distribusi tegangan pada batuan oleh tegangan termal adalah masuk akal dan layak; memiliki arti positif untuk studi lebih lanjut tentang fenomena mekanik batuan dengan inklusi mikropori.
Batuan dengan inklusi yang terdistribusi secara acak dapat dianggap sebagai material komposit alami. Komponen utama batuan dapat dianggap sebagai matriks material komposit; retakan, partikel heterogen, dan pori-pori pada batuan dapat dikatakan sebagai inklusi pada material komposit [1]. Biasanya, terdapat fluida dalam mikropori (cair atau gas), yang mempengaruhi sifat mekanik batuan secara signifikan. Di masa lalu, batuan yang mengandung mikropori setara dengan kontinum secara makroskopis, tetapi banyak fenomena yang tidak dapat dijelaskan oleh solusi ini. Sifat elastis bahan komposit merupakan isu penting dan banyak hasil teoritis telah dicapai sejauh ini. Untuk rekayasa, batuan umumnya dalam tahap deformasi elastis sebelum luluh. Pada artikel ini, teori mikromekanika digunakan untuk mempelajari sifat elastis batuan yang mengandung inklusi. Sejauh ini, banyak pencapaian telah dicapai dalam studi tentang tegangan-tegangan terkunci pada logam, tetapi hanya ada sedikit penelitian tentang tegangan-tegangan terkunci pada batuan. Oleh karena itu, artikel ini akan mempelajari lebih lanjut situasi inklusi dengan tegangan terkunci.
Pada tahun 1979, Tuan Chen-Zongji mengajukan hipotesis stres terkunci; dia percaya bahwa creep dan lock-in stress adalah dua faktor fundamental dari karakter batuan [2] [3] [4]. Hipotesisnya adalah bahwa: tekanan hidrostatik kecil di kerak atas yang diproyeksikan terlibat. Di situs ini, batas butir retak karena efek regangan yang tidak kompatibel, dan pori-pori terbentuk karena pemisahan dan aliran plastis yang tidak seragam dari beberapa partikel. Sebagian dari stres yang terkonsentrasi dilepaskan dengan cara ini, dan yang lainnya dipertahankan dalam bentuk stres yang terkunci. Selama bertahun-tahun, hipotesis ini belum banyak dikembangkan. Akademisi Qian-Qihu mengusulkan masalah deformasi yang tidak sesuai dari mikropori, yang mempelajari pengaruh kepadatan dan panjang microcrack terhadap self-balancing “locked-in stress” dan kerusakan batuan [5] [6]. Wang-Mingyang dan Li Jie meneliti mekanisme rockburst dari perspektif pelepasan lock-in stress [7]. Yue-Zhongqi mengusulkan dan mencoba untuk menunjukkan bahwa tekanan dan energi ekspansi volume dari cairan inklusi adalah salah satu bentuk tertentu dari kehadiran dan aksi energi tegangan dan regangan yang terkunci. Dia lebih lanjut mengusulkan, menganalisis dan menunjukkan bahwa inklusi mikofluida yang terkunci dalam batuan mungkin dalam keadaan terkompresi, yang dapat memiliki tekanan tinggi yang kuat dan menyebabkan medan tegangan tinggi abnormal lokal di internal batuan. Penggalian batuan dapat menyebabkan aliran ulang, gerakan dan perubahan fase dari waktu ke waktu dari banyak inklusi mikofluida dengan tekanan tinggi yang terkunci di dalam batuan [8] [9].
Stres yang terkunci sulit untuk tetap berada di batu dalam jangka panjang. Umumnya, setelah pengambilan sampel dari lokasi, tegangan terkunci dalam sampel akan perlahan hilang karena pelepasan tegangan tanah dan tekanan fluida lingkungan (minyak, air, gas). Ini adalah masalah jangka panjang yang diperhatikan oleh para sarjana untuk mensimulasikan tekanan terkunci pori-pori batuan di lingkungan bawah tanah.
Makalah ini mempertimbangkan untuk mensimulasikan tegangan terkunci yang ada pada batuan di lingkungan bawah tanah dengan tegangan ekspansi termal partikel karet keras. Menggunakan prinsip dasar medan tegangan ekivalen, batuan yang mengandung inklusi udara bertekanan setara dengan batuan yang mengandung inklusi karet keras. Tegangan muai dihasilkan pada batuan karena koefisien muai linier yang berbeda antara batuan dan karet keras. Tegangan internal yang dihasilkan oleh inklusi karet keras dalam kondisi suhu yang berbeda diturunkan dan dibandingkan dengan hasil simulasi numerik. Hasil dari makalah ini adalah instruktif tentang konstruksi material sejenis batuan yang mengandung lock-in stress.