基于改进Burgers模型的片岩蠕变特性研究

云南省澜沧江流域发育有大量软硬岩互层的倾倒变形体,对于水电工程中近坝库岸边坡的长期稳定性存在巨大威胁。为了揭示倾倒变形体中片岩夹层的蠕变特性,采用YSJ-01-00岩石三轴流变试验机对片岩进行三轴压缩蠕变试验。结果表明,片岩初始蠕变速率随应力水平的抬升和围压的增加而增大,从0h-1到最高0.11h-1;偏应力14~18 MPa为片岩进入蠕变变形的阈值;片岩长期强度平均仅为其瞬时强度的0.69倍。在传统的Burgers模型的基础上,引入一个非线性粘塑性体,并基于S-M算法和通用全局优化法对蠕变试验曲线进行辨识,求解模型参数。对比试验曲线和拟合曲线,分析模型参数,从而证明改进的Burgers模型能够准确地描述片岩的蠕变特性。     

金沙江向家坝水电站坝基砂岩蠕变特性研究

选取了金沙江向家坝水电站坝基的典型砂岩试样,采用三轴压缩试验对砂岩蠕变特性进行研究,分析了流变失稳破坏时的特征及砂岩的轴向、侧向和体积应变的全过程蠕变曲线异同点,对砂岩的长期强度进行预测分析。试验结果表明,砂岩存在一个起始蠕变应力阈值,每级荷载下的蠕变曲线之前都存在一个瞬时应变且随着围压的增大和偏应力的增大幅度越来越小,轴向瞬时应变与偏应力具有很好的线性关系;侧向和体积变形则存在明显的蠕变三阶段,加速阶段要比轴向快且两者的蠕变曲线形状相似,在同一围压和同一级偏应力下侧向蠕变量比轴向及体积的大,其蠕变发展最快;砂岩的长期强度可用等时偏应力应变曲线簇来进行确定,采用体积偏应力应变曲线簇更适宜,在已有的流变模型中伯格斯模型能较好的反映砂岩蠕变特性。     

干燥与饱水状态下石英杂砂岩蠕变力学特性

以某水利枢纽工程右岸岩质边坡石英杂砂岩为例,采用显微镜及X射线衍射仪分析岩石矿物成分,通过干燥和饱和状态下石英杂砂岩的室内分级加载单轴蠕变力学试验,获得不同轴应力和不同含水状况下的岩石瞬时应变、蠕应变及总应变,揭示了不同含水状况下石英杂砂岩的蠕变力学特性。结果表明,在不同轴向压力作用下,随着轴向应力的增加,石英杂砂岩的轴向和径向应变均增大,且径向应变占总应变比例大于轴向应变;在不同含水状况下,饱和状态的石英杂砂岩应变明显大于干燥状态下应变。     

不同加卸载条件下孟底沟水电站花岗岩蠕变特性研究

针对孟底沟水电站坝区花岗岩开展了不同加卸载应力条件下的三轴蠕变试验,系统分析了不同加卸载过程中坝区花岗岩的变形特征、蠕变速率和破坏强度的变化规律,揭示了蠕变破坏模式。结果表明,孟底沟花岗岩存在蠕变应力门槛值,蠕变后期存在完整的减速、等速和加速蠕变阶段,岩石产生大量塑性变形,体积由压缩转为扩容;轴压恒定相比偏应力恒定卸围压蠕变更具时效特征,卸围压条件下出现劈裂和剪切共存的破坏模式;岩石破坏强度低于常规峰值强度,卸围压相比加轴压方式岩石强度下降幅度更大,粘聚力的降低是造成强度折减的主要因素。     

基于卸围压试验的砂岩卸荷本构模型及其应用

鉴于岩体本构模型受岩样应力路径、加卸载状态等因素的影响,为研究卸荷条件下砂岩的本构模型,采用RMT-150C岩石力学试验系统对宜昌砂岩岩样进行了升轴压峰前卸围压、轴压和围压等量减小两种应力路径下的卸围压试验。结果表明,卸荷应力路径不同时,卸荷变形阶段的应力—应变曲线形态有很大差异,但岩样变形模量随围压降低而劣化的规律一致;岩样卸荷破坏强度特征可用Hoek-Brown准则拟合。由此推导出增量形式的卸荷弹脆塑型本构模型,并以算例分析验证了该模型的正确性。     

动态三轴压缩下混凝土的能量演化规律

为探究复杂应力状态下混凝土变形破坏过程中的能量演化规律、揭示混凝土变形破坏的本质特征，利用静动力三轴仪进行不同应变速率(10^-5、10^-4、10^-3、10^-2/s)与不同侧向围压下(4.5、6.0、9.0、12.0 MPa)的混凝土三轴动态力学试验，研究了动态三轴压缩下混凝土的总能量密度、弹性应变能密度和耗散能密度随轴向应变的演化规律，进一步分析了应变速率和侧向围压对混凝土能量演化规律的影响。结果表明，随轴向变形的增加，混凝土的总能量密度和耗散能密度呈非线性增加，弹性应变能密度先增大后减小。应变速率和侧向围压的增大均提高了混凝土的单位储能极限，且混凝土的储能极限表现出较强的速率敏感性；储能极限与侧向围压近似呈线性关系；随侧向围压的增大，混凝土储能极限的速率敏感性呈降低趋势。     

热力耦合作用下硬脆性岩石蠕变性质试验研究

以齐热哈塔尔水电站引水隧洞高温段的片麻状花岗岩为例,通过不同温度下的室内分级加载三轴蠕变试验,获得了热力耦合作用下岩石稳态蠕变率和强度的变化规律,揭示了考虑温度影响的蠕变破坏模式。结果表明,片麻状花岗岩稳态蠕变率与温度呈非线性正相关,经典软岩稳态蠕变率模型对片麻状花岗岩同样适用;岩石的长期强度与温度呈负相关,并获得了硬脆性岩石长期强度随温度和围压变化的三元素实用公式;随着温度升高,岩石破坏模式呈现由单斜面剪切破坏到共轭剪切破坏的转变,高温对硬岩具有显著软化作用。     

某区域岩石力学参数试验研究

通过对松辽盆地龙西地区代表性岩样进行力学性质试验研究.得到岩石的弹性模量、泊松比、抗压强度、内聚力及内摩擦角等主要力学参数.试验结果显示,最初围压不断增大,岩石的强度极限也明显增大.但随着围压的增加,强度增量幅度变得越来越小,虽然岩石弹性模量有增大趋势,但不完全呈正比关系,而泊松比的变化规律却不明显.分析单轴与三轴抗压强度与弹性模量的线性关系,以及围压对岩石三轴抗压强度、弹性模量的影响,发现单轴和三轴抗压强度随弹性模量的增加而增大,且三轴抗压强度随弹性模量的变化比单轴的变化幅度大.试验可得出不同井的弹性模量、泊松比及抗压强度的比例关系,从而根据不同围压下三轴压缩强度试验,得出龙西地区几种代表性岩心的内聚力及内摩擦角.为后续的地应力测试实验提供初期数据,并为射孔完井得相关参数优化提供参考.     

黄土三轴蠕变试验与Singh-Mitchell模型修正

为研究陕西省咸阳市扶风地区黄土边坡的稳定性,利用SR-60型双联三轴蠕变仪对非饱和重塑黄土进行了三轴固结排水蠕变试验。试验结果表明,试样含水率、固结围压和偏应力水平对蠕变变形具有明显的影响,表现为当含水率较大、固结围压较小时,蠕变形变量大,蠕变现象明显;当其他条件一定时,在偏应力水平较大条件下,试样变形大,蠕变现象明显。同时,利用Singh-Mitchell模型和修正后的Singh-Mitchell模型对试验数据进行拟合发现,修正后的模型克服了偏应力水平对原始模型模拟精度的限制,拟合精度高,且后期趋势基本吻合,能较好地模拟该地区黄土蠕变过程。     

岩石单轴压缩流变参数的确定

针对单轴压缩流变试验确定流变模型参数难度大的问题,基于最小二乘法原理及蠕变本构方程,通过室内蠕变试验研究了软岩变形特征与时效特性,分析了试验数据并建立组合Burgers模型,利用数据处理软件对岩石单轴压缩试验结果进行曲线拟合,确定了该流变模型的本构参数.试验结果表明,该方法可行,为研究岩石特性提供了参考.     

库水位往复升降引起的软岩干湿循环损伤特性试验研究

鉴于水敏性较强的软岩岸坡在库水长期浸泡及水位往复升降引发的干湿循环作用下更易发生失稳现象,以云南省某水利工程为例,采用室内压缩、SEM试验及理论分析方法探讨了干湿循环效应下的软岩强度及损伤机制。结果表明,多次干湿循环后岩体微观结构完整性遭到严重破坏,结构疏松;岩体力学强度与循环次数呈凹二次函数下降关系;干湿循环造成了岩体内部损伤的逐步积累,衰减趋势显示初次循环时岩体劣化最为显著,且粘聚力相比于内摩擦角受到的影响更为严重;循环多次后岩体损伤变量值逐渐趋近极限,随着围压的逐步增大,岩样结构遭到破坏。     

卸荷速率对含水砂岩卸荷力学特性的影响

通过三轴卸荷试验,系统分析了卸荷速率对卸荷过程中岩石力学特性的影响,研究了岩体的应力应变特征、卸载变形特征和破环特征,得到卸荷速率与变形模量及峰值围压的关系。结果表明,当卸荷速率小于0.02 MPa/s时,卸荷破坏变形模量随卸荷速率的增大呈非线性增长,破坏时的围压随卸荷速率增加呈非线性递减;当卸荷速率大于0.02 MPa/s时,变形模量呈线性增长,破坏时围压呈线性递减,但当卸荷速率增大到一定值时,变形模量将趋于稳定;不同卸荷速率与峰值围压的二次多项式拟合,相关系数都在0.90左右,说明采用二次多项式进行拟合是可行的。     

不同层面倾角下锦屏一级水电站左岸板岩坡体破坏模式及能量特征

为了合理分析锦屏一级水电站左岸坡体的变形,选取坡体板岩进行巴西劈裂试验,分别研究了不同层面倾角下不同饱水率板岩的力学特性及能量特征。结果表明,板岩的抗拉强度随层面倾角的不断增加先减小后增加,其最大降幅达82%;同一层面倾角下,随着饱水程度的增加,板岩抗拉强度逐渐降低,在层面倾角为45°时,抗拉强度从1.64MPa降至0.52MPa,降幅达68%;试样层面倾角0°~90°的破坏受饱水率的影响较小,主要由层面倾角控制,破坏特征分为岩石拉伸型破坏、层面剪切破坏、基质-层面互剪型破坏、层面张拉破坏四种模式;试样破坏的累积能量随饱水程度的增加而不断减小,在相同饱水程度下,累积能量随层面倾角的增大而逐渐减小,累积能量的增长速率与荷载比成非线性关系,在轴向荷载达40%~80%时增长最快。     

长期浸泡与干湿循环作用下砂岩损伤特性研究

为探究库岸边坡岩体的损伤特性,以常见的中风化砂岩为例,通过室内长期浸泡、干湿循环条件下的力学试验,分析了砂岩的物理参数、应力—应变曲线及劣化特征。结果表明,长期浸泡对岩样的损伤作用分为前期的饱和作用和后期的水解作用;干湿循环的每个周期都会造成岩样小颗粒脱落或胶结物溶解。长期浸泡、干湿循环两种状态对岩样的损伤都很大,且首次损伤程度较大,占整体损伤的一半以上。研究结果为库岸边坡的稳定性研究提供了理论依据。     

基于Hoek Brown准则的砂岩卸荷强度损伤试验研究

为研究卸荷效应对岩体强度变化的影响,以三峡地区砂岩为样本,通过三轴加载和卸荷试验,运用Hoek Brown岩体破坏准则,探讨砂岩在不同卸荷速率条件下的强度损伤规律,并提出采用卸荷强度损伤因子来表征卸荷造成的强度变化。结果表明,卸荷条件下砂岩强度损伤明显,且与围压密切相关;随着围压的增大,卸荷效应造成的强度损伤量增大,最终趋于稳定。最后,基于工程设计最不利原则,修正了Hoek Brown卸荷强度准则公式,为工程应用提供了建议和参考。     

含张开单裂隙砂岩破裂过程围压效应的数值模拟

为研究不同倾角裂隙砂岩试样在压缩过程中的围压效应,以室内单轴压缩试验结果标定岩体细观参数,采用改进刚体弹簧元法对不同倾角裂隙试样在不同围压下的破坏过程进行模拟。基于模拟结果,研究了围压对岩样强度、破坏模式及微裂纹发育特征的影响。结果表明,裂隙砂岩试样在压缩过程中具有明显的围压效应,相同裂隙倾角试样,其峰值强度、残余强度、弹性模量和变形模量均表现出随围压增加而增加的规律;不同围压作用下,不同倾角裂隙试样内部微裂纹演化规律相似,且其最终破坏形态均表现出以剪切破坏为主的破裂方式。     

干湿循环及地震耦合作用下的库区红层泥岩边坡稳定性分析

针对库区蓄水诱发的低强度地震及库水位往复升降调节产生的干湿循环效应严重影响红层泥岩质岸坡稳定性问题,以某红层区库岸边坡工程为依托,通过室内试验和数值模拟方法研究了干湿循环条件下红层泥岩微观结构及强度劣化规律,并耦合地震作用模拟分析了边坡稳定性变化规律。结果表明,多次干湿循环后红层岩体微观结构疏松多孔,内部损伤逐步积累,力学参数显著降低。干湿循环对红层泥岩产生的劣化损伤作用为岸坡失稳提供了物理力学基础,地震动荷载则是岸坡进一步发生破坏的直接驱动力,在两者耦合作用中,库区红层泥岩岸坡更容易发生严重变形破坏。