Pori batuan tersusun dari partikel mineral dan mikropori antar mineral yang memiliki pengaruh besar terhadap sifat mekanik batuan. Dalam makalah ini, berdasarkan teori tegangan terkunci yang dikembangkan oleh akademisi Chen Zongji, masalah tegangan terkunci pada pori batuan bawah tanah disimulasikan oleh ekspansi termal partikel karet keras. Inklusi pori dalam batuan diasumsikan rongga bola terdistribusi seragam. Dengan 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 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 simulasi distribusi tegangan dalam batuan dengan tegangan termal adalah wajar dan layak; Makna positif untuk studi lebih lanjut tentang fenomena mekanika batuan dengan inklusi mikropori.
Batuan dengan inklusi yang tersebar secara acak dapat dianggap sebagai material komposit alami. Komponen utama batuan dapat dikatakan sebagai matriks material komposit; retakan, partikel heterogen, dan pori-pori pada batuan dapat dianggap sebagai inklusi dalam material komposit [1]. Biasanya, terdapat fluida di mikropori (cair atau gas), yang mempengaruhi sifat mekanik batuan secara signifikan. Dulu, batuan yang mengandung pori mikro setara dengan kontinum secara makroskopis, tetapi banyak fenomena yang tidak dapat dijelaskan dengan solusi ini. Sifat elastis dari material komposit merupakan masalah penting dan banyak hasil teoritis telah dicapai sejauh ini. Untuk teknik, batuan umumnya dalam tahap deformasi elastis sebelum menghasilkan. Pada artikel ini, teori mikromekanik digunakan untuk mempelajari sifat elastis batuan yang mengandung inklusi. Sejauh ini, banyak pencapaian telah dibuat dalam studi tentang tegangan terkunci pada logam, tetapi hanya ada sedikit penelitian tentang tegangan terkunci pada batuan. Oleh karena itu, artikel ini akan mempelajari lebih lanjut situasi inklusi dengan tekanan terkunci.
Pada tahun 1979, Tuan Chen-Zongji mengajukan hipotesis stres terkunci; Ia percaya bahwa creep dan lock-in stress adalah dua faktor fundamental dari karakter rock [2] [3] [4]. Hipotesisnya adalah: tekanan hidrostatik kecil di kerak bagian atas yang diproyeksikan terlibat. Di situs ini, batas butir retak karena efek regangan yang tidak kompatibel, dan pori terbentuk karena aliran plastik pecah dan tidak seragam dari beberapa partikel. Sebagian dari stres yang terkonsentrasi dilepaskan dengan cara ini, dan yang lainnya diawetkan dalam bentuk stres yang terkunci. Selama bertahun-tahun, hipotesis ini belum banyak dikembangkan. Akademisi Qian-Qihu mengusulkan masalah deformasi mikropori yang tidak sesuai, yang mempelajari pengaruh densitas dan panjang microcrack untuk menyeimbangkan diri “tegangan terkunci” dan kerusakan batuan [5] [6]. Wang-Mingyang dan Li Jie meneliti mekanisme ledakan batu dari perspektif pelepasan stres yang terkunci [7]. Yue-Zhongqi mengusulkan dan mencoba untuk mendemonstrasikan bahwa tekanan dan energi ekspansi volume dari inklusi fluida adalah salah satu bentuk kehadiran dan aksi tertentu dari tegangan dan energi regangan yang terkunci. Dia lebih lanjut mengusulkan, menganalisis dan menunjukkan bahwa inklusi mikrofluida yang terkunci dalam batuan mungkin dalam keadaan terkompresi, yang dapat memiliki tekanan tinggi yang kuat dan menyebabkan medan tegangan tinggi lokal yang abnormal di dalam batuan. Penggalian batuan dapat menyebabkan aliran ulang, pergerakan dan perubahan fase seiring waktu dari banyak inklusi mikrofluida dengan tekanan tinggi terkunci di batuan [8] [9].
Stres yang terkunci sulit untuk bertahan dalam jangka panjang. Umumnya, setelah pengambilan sampel dari lokasi, tegangan terkunci pada sampel akan perlahan hilang akibat pelepasan tegangan tanah dan tekanan fluida lingkungan (minyak, air, gas). Ini adalah masalah jangka panjang yang dikhawatirkan oleh para sarjana untuk mensimulasikan tekanan terkunci pori-pori batuan di lingkungan bawah tanah.
Makalah ini membahas simulasi tegangan terkunci yang ada pada batuan di lingkungan bawah tanah oleh tegangan ekspansi termal dari partikel karet keras. Dengan menggunakan prinsip dasar medan tegangan ekivalen, batuan yang mengandung inklusi udara bertekanan setara dengan batuan yang mengandung inklusi karet keras. Tegangan muai yang ditimbulkan pada batuan karena perbedaan koefisien muai linier 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 bersifat instruktif tentang konstruksi bahan sejenis batuan yang mengandung tegangan terkunci.