三轴压缩下粉砂质泥岩蠕变力学特性试验研究

为揭示三峡地区巴东组二段粉砂质泥岩的蠕变力学特性,采用RLJW-2000岩石流变伺服仪对饱和粉砂质泥岩进行了三轴压缩蠕变试验。试验在分级加载条件下进行,试验围压为1 MPa。基于试验结果,定量研究了粉砂质泥岩蠕变过程中轴向蠕应变与径向蠕应变的差异、轴向蠕变速率与径向蠕变速率的差异,得出了岩石的长期强度。研究结果表明:1)在各级应力水平下,试样径向蠕应变占径向总应变的比例始终比轴向蠕应变占轴向总应变的比例大,岩石的径向蠕变效应更明显。2)在破裂应力水平下,岩石径向蠕变比轴向蠕变先进入加速蠕变阶段,径向的初始蠕变速率、稳态蠕变速率以及加速蠕变速率均高于轴向相应的蠕变速率,以径向蠕变特征来判别粉砂质泥岩是否发生蠕变破坏更合理。工程实践中,应加强对岩石径向蠕变特性的监测工作,这对于工程失稳的预测预报更有意义。3)粉砂质泥岩的长期强度仅为其瞬时强度的74.4%,长期强度折减较大。4)试验中获得的长期强度实际上应为粉砂质泥岩的径向长期强度,径向先发生蠕变破坏从而导致试样破坏。     

Triaxial mechanical creep behavior of sandstone

Based on laboratory results of time-dependent mechanical behavior tests, we investigated short-term and mechanical creep behavior of sandstone, observed in conventional triaxial compression experiments at room temperature, using a servo-con-trolled rheology testing machine. Given our short-term experimental test results, we confirmed deviatoric creep stress levels of sandstone. Multiple deviatoric stress levels were applied in steps to each sample. Each deviatoric stress level before the final failed deviatoric stress was maintained for 48 h or longer. Time-dependent variations of axial strains of sandstone samples are discussed and evaluated. During the creep tests, complete tertiary creep curves of sandstone were observed under failed deviatoric stress lev-els with different confining pressures. Slices of coal in sandstone samples can lead to distinct tertiary creep deformation failure.     

蠕变参数劣化的时效性及变参数蠕变模型

为了更好地研究岩石在不同条件下的蠕变特性,采用MTS812.02试验机对岩石进行三轴蠕变试验。针对岩石蠕变曲线的特征,结合流变力学理论通过引入弹塑性元件来对岩石的加速蠕变曲线进行描述,并结合模型方程和试验数据,提出一种确定蠕变参数的新方法,对确定的蠕变参数与应力和时间之间的关系进行分析,建立考虑过应力差和时间双重影响的损伤蠕变模型。结果表明：引入的损伤模型亦可以较好地反映岩石在卸载蠕变过程中的损伤程度,为蠕变模型和确定模型参数的理论研究提供一个新的思路;改进后的模型与试验数据具有良好拟合度,也证明了该确定蠕变参数方法的正确性;在考虑蠕变参数在应力和时间双重作用下的劣化性质,建立了蠕变参数劣化模型,对传统的损伤蠕变模型进行改进,得到新的蠕变模型与试验数据具有良好拟合度,说明了改进后模型正确性与合理性,也证明了确定蠕变参数方法的正确性,且得出蠕变参数具有更明确的物理意义。     

北山花岗岩短长期常规三轴力学特性试验研究

为研究北山花岗岩的物理力学特性，开展了常规三轴、蠕变和松弛试验，研究过程与结论如下：（1）开展北山花岗岩在不同围压条件下的常规三轴压缩试验，对比分析试样的变形和破坏形式等力学特征，得出北山花岗岩岩石破坏时的不可恢复变形较小，且随着围压增大未出现脆-延性转变现象的结论；（2）开展北山花岗岩单级蠕变试验及不同围压条件下的多级蠕变试验，分析不同偏应力的形变和单级蠕变的蠕变速率，得出北山花岗岩的蠕变形式为非稳定蠕变，其应变曲线出现了典型的蠕变三阶段特征的结论；（3）开展北山花岗岩单级应力松弛试验及循环松弛试验，分析偏应力的变化规律，得出北山花岗岩在应力松弛过程的初始松弛阶段，其偏应力下降速率很快，在较短时间内即能够达到稳定状态的结论。     

孔隙压力作用下泥岩三轴蠕变实验研究

在具有孔隙压力系统的岩石三轴蠕变仪上,对泥岩进行了考虑孔隙压力作用的三轴蠕变实验.实验中不仅考虑了轴压σ₁和围压σ₃对蠕变的影响,而且考虑了孔隙压力p在泥岩蠕变过程中产生的重要影响.通过不同应力水平下的蠕变实验,对比含孔隙压力和不含孔隙压力的蠕变实验曲线,表明当轴压σ₁和围压σ₃一定时,随着孔隙压力p的增加,蠕变变形量将会减小,在稳态蠕变阶段的应变率也会减小,在一定程度上会延长蠕变三个阶段的蠕变时间.并采用经典蠕变模型对实验结果进行分析.     

Creep properties and permeability evolution in triaxial rheological tests of hard rock in dam foundation

Triaxial creep tests were carried out under seepage pressure by using rock servo-controlled triaxial rheology testing equipment. Based on experimental results, rock rheological properties influenced by seepage-stress coupling were studied, and variations of seepage rate with time in complete creep processes of rock were analyzed. It is shown that, when the applied stress is less than failure stress level, the creep deformation is not obvious, and its main form is steady-state creep. When applied stress level is greater than or less than but close to fracture stress, it is easier to see the increase of creep deformation and the more obvious accelerative creep characteristics. The circumferential creep deformation is obviously higher than the axial creep deformation. At the stage of steady-state creep, the average of seepage flow rate is about 4.7×10⁻⁹ m/s at confining pressure (σ ₃) of 2 MPa, and is about 3.9×10⁻⁹ m/s at σ ₃ of 6 MPa. It is seen that the seepage flow rate at σ ₃ of 2 MPa in this case is obviously larger than that at σ ₃ of 6 MPa. At the stage of creep acceleration, the seepage flow rate is markedly increased with the increase of time. The variation of rock permeability is directly connected to the growth and evolution of creep crack. It is suggested that the permeability coefficient in complete creep processes of rock is not a constant, but is a function of rock creep strain, confining pressure, damage variable and pore water pressure. The results can be considered to provide a reliable reference for the establishment of rock rheological model and parameter identification.     

大体积混凝土徐变试验研究

为了保证建成后的某工程大体积混凝土的耐久性和抗裂能力,结合工地现场混凝土的实际用料情况,对混凝土的徐变性能开展了试验研究,同时进行了自生体积变形性能测试和导温、导热、比热、线膨胀系数及绝热温升试验.根据大体积混凝土4个不同龄期的室内受压徐变试验结果,拟合出大体积混凝土的徐变度曲线和计算公式等成果,获得了该工程所用混凝土的徐变特征及变化规律.     

改进的广义Kelvin岩石蠕变模型研究

为了克服传统元件组合模型难以描述岩石蠕变过程中非线性特征的缺陷,提出一种新的时间触发非线性黏性元件,并将其与广义Kelvin模型串联,再将岩石蠕变过程中岩石弹性模量的衰减方程引入到广义Kelvin模型中,得到了一个可以模拟岩石蠕变全过程的非线性蠕变模型,推导了不同恒定荷载情况下的一维和三维蠕变方程。根据通用全局优化算法,利用前人所研究的岩石蠕变实验曲线对非线性蠕变模型进行参数确定和模型验证。模型理论计算值和岩石蠕变实验曲线的对比表明该蠕变模型具有较高的正确性和合理性,能较好地模拟岩石在不同应力水平下的蠕变变形,可为今后开展类似研究提供一定的参考价值。     

岩石裂隙的法向蠕变及渗流的影响

法向蠕变是岩石裂隙的重要力学性质之一．通过分析岩石裂隙法向蠕变机理、进行干燥及渗流情况下岩石裂隙法向蠕变试验,探讨了岩石裂隙的法向蠕变及渗流的影响．研究表明,对于粗糙岩石裂隙来说,瞬时有效应力总等于裂隙凸起的压缩强度,因而初始法向蠕变明显,而后随接触面增加,蠕变速率逐渐降低;渗流过程中,岩石裂隙法向蠕变更加明显,且初次加栽应力水平下岩石裂隙法向蠕变远大于后续加载应力水平;岩石裂隙法向蠕变不能决定岩石裂隙渗流能力的降低,水力冲蚀作用明显时,可能产生裂隙渗流能力随裂隙法向压缩而增大的情况;岩石裂隙的蠕变闭合与岩石裂隙面粗糙度有关,粗糙度越大,岩石裂隙蠕变闭合量越大．研究结果对岩石裂隙法向蠕变的数值模拟及工程实践有一定参考价值．     

Experimental study on rheological deformation and stress properties of limestone

The systematic experiment regarding the general uniaxial compression test and the creep deformations of the typical limestones from the surrounding rock of the highway tunnels were made.The relationship between the axial stress and the delayed deformation steady value was obtained from the creep tests under low loading stresses.By the least square method,the parameters of Nishihara creep model were calculated from the creep curves.The results indicate that the strain change always lags behind the increase o...     

堆石蠕变与颗粒破碎特性三轴试验

为分析堆石的蠕变规律和研究颗粒破碎与蠕变的关系,对某堆石料进行了不同应力水平和围压下的大型三轴排水蠕变试验。蠕变试验后通过筛分试验测量了堆石的颗粒破碎程度。结果表明堆石的蠕变变形与应力水平和围压有关;轴向蠕变和体积蠕变随应力水平的增大而增大,应力水平相同时则随围压增大而增大。堆石的应变一时间关系可用幂函数表示,轴向应变一应力关系和体积应变一应力关系分别满足双曲线函数和线性比例函数。随应力水平和围压的增大,堆石颗粒破碎增多。堆石颗粒破碎可用相对颗粒破碎指数度量,其与轴向蠕变和体积蠕变近似呈线性比例关系。     

大岗山水电站坝区辉绿岩流变特性的三轴试验研究

为解决大岗山水电站坝基的辉绿岩的流变力学问题,利用RLW-1000三轴流变仪进行了不同应力路径下的三轴流变试验,得到了各工况下的应力-应变-时间曲线。结果表明：辉绿岩是典型的硬脆性岩石,存在明显的流变门槛值,破坏时表现为突发性的脆性破裂。在破裂应力水平下表现出减速蠕变、等速蠕变和加速蠕变,减速蠕变和加速蠕变历时都十分短暂。临近破裂时的横向蠕变速率均不同程度的大于轴向,这是导致岩石扩容的主要原因。由于流变过程中损伤不断发展,导致岩石整体强度下降,因此流变破坏强度普遍低于常规三轴压缩试验瞬时破坏强度。辉绿岩存在一定的蚀变现象,蚀变矿物呈细鳞片状集合体。由于蚀变带的存在,使得岩块的强度受到影响,岩石破裂极易发生在结晶程度较差的矿物颗粒部位或胶结程度较差的两种矿物接触部位。     

坝区岩体蠕变参数反演与边坡开挖流变计算分析

软弱岩体是影响边坡安全稳定的重要因素,为有效反映大岗山坝区辉绿岩脉和断层破碎带等软弱岩体的蠕变变形特性,根据大岗山坝区现场压缩蠕变试验资料和推导的基于广义开尔文模型的刚性承压板边缘岩体的粘弹性变形计算公式,采用优化反演法计算得到坝区软弱岩体的蠕变力学参数,建立了大岗山水电站坝区边坡开挖卸荷的三维流变计算分析模型,使用FLAC3D软件详细分析了边坡分步开挖过程中坝肩坝基岩体的变形特性和软弱岩体的蠕变力学效应,获得了对工程设计和施工具有指导意义的建议和结论.     

层状盐穴储库中盐岩和泥岩蠕变特性试验研究

针对层状盐穴储气库中不同岩性之间变形不协调问题,本文利用四川大学大型程控流变仪对盐岩和含盐泥岩两种岩石进行了常规单轴加载和单轴多级加载的蠕变的对比试验研究,重点探讨了两者蠕变力学特性之间的异同。研究结果表明：盐岩的塑性变形能力、流变特性明显强于含盐泥岩,因加载应力产生的瞬时应变量均呈先减小后增大的趋势,与常规单轴下张拉破坏不同,长期蠕变试验条件下,两者均以张剪型破坏为主;同等应力百分比情况下,盐岩的稳态蠕变率明显高于含盐泥岩,稳态蠕变率随着加载应力的增加而增大,并呈指数型函数变化,盐岩对应力的敏感性明显强于含盐泥岩;利用等时应力-应变曲线拐点法对两种岩石的长期强度值进行分析,得到盐岩的长期强度值为12MPa,为短期抗压强度的48%,含盐泥岩的长期强度值为34~36MPa,较短期抗压强度下降约30%,盐岩的长期强度值与短期抗压强度的比值远低于大多数岩石的比值。     

掺砾黏土蠕变性质的三轴试验

为分析掺砾量、围压和应力水平对掺砾黏土蠕变性质和规律的影响,对以不同黏土和砾混合比备制的掺砾黏土进行了不同围压和不同应力水平下的三轴排水蠕变试验。土样掺砾量分别为30%、40%、50%和70％,试验围压50kPa~200kPa,应力水平0.21~1.04。试验结果表明掺砾黏土受荷后发生较明显的瞬时变形和蠕变变形,其蠕变变形将趋于一稳定值;蠕变变形随应力水平和围压的增大而增大,随掺砾量的增加而减小。提出一个三参数经验蠕变方程以表示掺砾黏土的应力水平-轴向应变-时间关系,其中轴向应变-时间关系和应力水平-轴向应变关系以双曲线方程表示,并分析了模型参数的意义和取值。     

压力水-岩耦合作用下砂岩断口微观破坏机理

为了研究流固耦合作用下岩石的损伤劣化机理,以砂岩岩样为研究对象,采用流固耦合力学实验系统开展轴压水压耦合作用下单轴压缩、三轴压缩及三轴蠕变实验,借助扫描电子显微镜对岩样破裂断口的微观结构特征进行分析。结果表明:单轴饱水岩样破裂断口表面比干燥岩样出现更多的裂纹核,且断口形貌以沿晶断裂为主,穿晶断裂为辅;随着水压增大,三轴压缩岩样破裂断口表面裂纹核逐渐变少,剪切平行裂纹逐渐增多,岩样的宏观破坏形式从以张拉破坏为主逐渐向以剪切破坏为主转变;与三轴压缩岩样断口相比,三轴蠕变岩样破裂断口表面平整度和光滑度较差,晶体间联结更加紧密,剪切裂纹密度和深度增加。     

岩石三轴流变仪的研制及初步试验成果

本文介绍了岩石三轴流变仪的基本原理和主要参数,并通过试验说明该机三向力值能够长期保持稳定,稳压时间已达到4200小时,轴向变形测量值的精度达到了研制要求,从实测蠕变曲线来看,有较好的规律性,该机研制成功为研究岩石流变性态提供了重要手段。     

坝区岩体的剪切蠕变经验方程及参数数值反演

岩体的剪切蠕变特性是影响坝区边坡岩体变形与长期稳定性的重要因素之一。利用现场剪切蠕变试验数据回归拟合得到了坝区“硬、脆、碎”辉绿岩脉的剪切蠕变经验方程,并由最小二乘法得到了剪切蠕变经验方程的拟合参数;提出了可以真实模拟现场剪切蠕变试验过程以及岩体实际地层分布情况的蠕变参数数值反演分析方法。通过对比分析可知,回归拟合变形值及数值反演计算变形值均与试验变形值比较接近,最大误差均未超过8％,表明剪切蠕变经验方程能有效反映坝区岩体的剪切蠕变变形特性,且建立的剪切蠕变数值模型也是合理可靠的,这为深入认识和了解坝区辉绿岩脉在不同应力水平下的剪切蠕变力学特性提供了重要的试验和理论依据,也为坝基边坡工程稳定性分析和设计提供了技术参数保证。     

芒硝蠕变特性及本构模型研究

利用RLW-2000岩石流变试验机对芒硝开展了三轴压缩蠕变试验。试验结果显示,同一围压下,随轴向应力增大,芒硝蠕变变形量和稳态蠕变率均随之增加,而各级荷载加载过程中芒硝变形模量不断减小;芒硝蠕变过程具有非线性特征,且随蠕变时间延长,芒硝屈服强度逐渐降低。以分数阶粘滞体代替广义Kelvin模型中的经典粘滞体,建立了分数阶广义Kelvin模型;针对其蠕变方程形式复杂、应用不便的缺点对其进行了简化,将简化后的分数阶广义Kelvin模型与Heard稳态蠕变模型相结合,构建了一种新的非线性蠕变本构模型,并利用芒硝蠕变试验结果反演了模型参数。结果表明,拟合曲线和试验结果吻合良好,说明该模型能够较好的描述芒硝的蠕变特性。     

关中Q_2黄土流变特性及宏观流变试验研究

为研究关中Q2黄土在不同压应力和含水率下的变形规律,以关中Q2黄土为研究对象,建立了黄土流变模型,对不同压应力和含水量下关中Q2黄土进行宏观流变试验,利用数值分析和力学分析方法对关中Q2黄土在不同压应力和含水率下的流变特性试验数据进行了系统分析,得到了不同压缩荷载和含水率下Q2黄土的流变曲线,给出了考虑含水率和应力影响的分时叠加流变曲线数学模型.试验结果表明:Q2黄土湿陷流变呈两阶段变形,第一段呈现为减速变形,流变曲线呈对数变化,第二段呈现为稳定流变,流变曲线呈线性变化;加载应力与含水率对流变的影响呈正相关,曲线变形趋势一致.