饱水与干燥状态下横观各向同性板岩蠕变特性

为研究水对横观各向同性板岩蠕变特性的影响,采用RYL-600微机控制岩石流变仪,以分级增量加载方式对饱水与干燥状态下具有横观各向同性特性的板岩进行蠕变试验.试验结果表明:饱水板岩试样和干燥板岩试样在蠕变试验中均出现瞬时弹性变形阶段、初始蠕变阶段、等速蠕变阶段及短暂的加速蠕变阶段.在相同加载条件下,饱水板岩试样的瞬时弹性模量小于干燥板岩试样的瞬时弹性模量.低应力状态下,饱水及干燥试样的蠕变速率都稳定,且相差不大;在高应力状态下,两种情况的蠕变速率都随载荷的增加而快速增长,且相差较大.饱水试样的破坏应力小于干燥试样的破坏应力,且随着层理角的增加都呈U形分布.     

高地应力-化学侵蚀耦合作用下炭质板岩蠕变试验及非线性蠕变损伤模型

为克服高程障碍并降低施工风险,可采用长大隧道穿越崇山峻岭,但这些隧道往往处于深埋高地应力环境,并受到化学侵蚀影响。为了解决此问题,以丽江—香格里拉炭质板岩大变形隧道为研究对象,采用室内试验和理论推导,研究深埋炭质板岩隧道受化学侵蚀作用下的围岩变形特性。在Poyting-Thomson体蠕变体的基础上,根据模型元件的力学特性,叠加了损伤元件、化学损伤元件和非线性元件,提出高地应力-化学侵蚀耦合作用下炭质板岩非线性蠕变损伤本构关系。研究结果表明：1)炭质板岩试样受化学侵蚀影响显著,侵蚀90 d试样所产生的轴向蠕变应变为侵蚀0 d试样的2.02倍,侵蚀60 d试样所产生的径向蠕变为侵蚀0 d试样的1.85倍;2)受侵蚀的炭质板岩试样在三轴压缩状态下破裂以斜向贯通裂隙为主,并产生一定的滑移错动裂隙,且沿轴线的拉伸劈裂破坏受围压作用抑制明显,未产生竖向贯通裂隙。     

风化作用下层状板岩I型断裂特性试验研究

以甘肃岷县在建木寨岭隧道层状炭质板岩为研究对象,首先对即时烘干试样(试样加工完成后立即用烘箱烘干)和静置风化(加工后室内常温通风放置60 d)试样开展巴西劈裂试验,然后,对静置风化试样开展直缝半圆盘(SCB)试样三点弯试验,系统研究层状炭质板岩抗拉强度及其I型断裂特性.研究结果表明:即时烘干和静置风化炭质板岩试样抗拉强...     

岩石蠕变试验评述

本文系统地介绍了前人对岩石蠕变试验的研究概况,如蠕变试验机、室内试验和现场试验结果以及蠕变试验的影响因素等,并加以评述.提出了岩石蠕变研究的发展方向及其应用范围.     

炭质板岩轴向与侧向蠕变规律研究

炭质板岩在岩土工程中普遍存在,且具有各向异性的特点。为研究其蠕变规律,首先采用岩石三轴流变试验机对自然状态和泡水30 d的炭质板岩进行单轴压缩试验,获得其瞬时强度分别为62.4和54.2 MPa,再基于瞬时强度,设置应力水平依次为瞬时强度的60%、70%、80%、85%及90%进行单轴分级加卸载蠕变试验。研究结果表明:蠕变量及蠕变速率随应力水平增大而增大;水在炭质板岩孔隙裂隙中流动,其对炭质板岩的长期损伤劣化作用使得孔隙裂隙增大,导致蠕变量及蠕变速率显著增大,尤其对轴向蠕变影响更明显,因此轴向蠕变量及蠕变速率比侧的向大;水的作用显著地增大了炭质板岩瞬时塑性应变及黏弹性应变,该现象在轴向比侧向表现更明显。     

碎裂板岩不同含水状态下蠕变特性试验

为了认识不同含水状态下碎裂板岩的蠕变特性,利用Instron全数控电液伺服力学试验机对贵州黔东南地区隧道洞口的碎裂板岩进行单轴压缩蠕变试验,研究其自然风干、不完全饱和和饱和试样的蠕变特性。实验研究结果表明：（1）碎裂板岩蠕变过程主要包括衰减蠕变和稳态蠕变过程,超过一定应力后,在极短的时间内破坏,因此可由广义开尔文模型描述其蠕变过程;（2）自然风干试样蠕变破坏应力为66.2 MPa,为自然风干试样瞬时单轴抗压强度的71.7%,不完全饱和试样蠕变破坏应力为56.1 MPa,饱和试样蠕变破坏应力为38.2 MPa;（3）不完全饱和试样的最大蠕变应变为自然风干试样的2.7倍,而饱和试样的最大蠕变应变值是自然风干试样的4.3倍。     

岩石时间硬化损伤蠕变特性

分析岩石蠕变过程中的非线性损伤特征,在各向同性的蠕变方程中引入时间硬化,采用应变等效原理,推导出时间硬化条件下的岩石蠕变方程,利用该方程可以同时描述岩石蠕变曲线的初始蠕变、等速蠕变和加速蠕变三个阶段,并进行了参变曲线数值求解和参数特性分析,利用该方程拟合了某页岩三轴蠕变实验数据,同时揭示了蠕变现象的非线性本质.结果表明:利用该方程可以较好地模拟岩石蠕变曲线的3个阶段.     

横观各向同性岩石临界应变能释放率试验研究

为了探究层状板岩裂纹扩展的各向异性,利用MTS insight电子拉力试验机,采用双扭常位移松弛试验对横观各向同性板岩断裂力学参数(弹性模量,剪切模量,泊松比,抗压强度)进行测试,得到临界应变能释放率。通过对试验结果进行分析,探讨横观各向同性板岩的临界应变能释放率随层理角度、抗压强度和弹性模量的变化规律。研究结果表明:板岩受层理构造的影响,临界应变能释放率随层理角度的增加先减小后增大,呈现出两端大、中间小的"U"形变化规律,并且随着抗压强度和弹性模量的增大,临界应变能释放率也相应增大,且呈很好的线性关系。     

酸性环境冻融循环对花岗岩剪切蠕变特性影响研究

为了研究酸性环境冻融循环对花岗岩剪切蠕变性能的影响，以吉林省辉白隧道花岗岩为研究对象，对中性、酸性环境中经历不同冻融循环次数的花岗岩试件进行细观特征分析和剪切蠕变试验.试验结果表明：(1)随着冻融循环次数的增加，岩石表面损伤程度加剧，酸性环境下的损伤明显大于中性环境下的损伤；(2)酸性溶液对试样蠕变性能影响显著，随着冻融循环次数的增加，试样的剪切蠕变变形和稳态蠕变速率逐渐增大，而平均瞬时剪切模量和长期强度呈现明显降低趋势；(3)试样的总损伤因子随着冻融循环次数的增加逐渐增大，冻融循环50次时试样的阶段损伤因子最大，并且酸性环境下的总损伤因子和阶段损伤因子均大于中性环境下的值.根据试验结果，以西原模型为基础，构建了一个考虑化学-冻融耦合损伤和应力损伤的蠕变模型.基于试验结果，利用1stOpt数学优化分析软件对模型参数进行辨识，将蠕变试验曲线和理论模型拟合的曲线进行对比，验证了模型的正确性和适用性，研究结果对于酸雨侵蚀的寒区工程长期稳定性研究具有指导意义.     

三轴压缩下红砂岩峰后蠕变力学特性试验

为研究岩石峰后蠕变力学特性,利用MTS815电液伺服岩石力学试验系统,对红砂岩进行三轴压缩下峰后蠕变试验.分析了红砂岩峰后蠕变特征,估算了红砂岩峰后长期强度,采用改进的西原模型对峰后蠕变特性进行了描述,确定了模型参数.结果表明:红砂岩峰后蠕变破坏应力下并不直接进入加速蠕变阶段,而是由等速蠕变阶段逐渐向加速蠕变阶段转化.红砂岩峰后蠕变变形主要集中于加速蠕变阶段,加速蠕变阶段短时间内蠕变的剧烈变形是岩石失稳破坏的重要原因.随着荷载的加大,岩样的破坏形态由单一的剪切破坏与裂纹扩展等破坏形式逐渐向多剪切破坏演化,破坏块体增多,岩样更加破碎.本次试验红砂岩峰后长期强度仅为其峰值强度的42.56%,长期强度折减量较大.红砂岩峰后蠕变特性可用改进的西原模型进行描述,各级应力水平下模型曲线与试验曲线拟合较好.研究结果为深部工程围岩峰后流变力学特性研究提供了一定的参考意义.     

类软土单轴剪切蠕变特性研究

类软土是指炭质页岩、炭质灰岩、炭质泥岩等含炭的一套软质岩和其风化物,在特殊的工程地质条件和气象水文条件下形成的饱水层,受长期浸泡软化或间有微生物作用形成的坡残积、坡崩积和坡洪积软土。类软土具有的蠕变特性,导致滑坡产生连续滑动。研究类软土的蠕变规律,可为滑坡的建模及稳定数值计算奠定力学基础。通过类软土的单剪蠕变试验,得到了类软土剪应力—应变—时间关系的蠕变曲线;选择Burgers粘弹性本构模型描述类软土的流变性状,确定了类软土的剪切流变参数;通过对剪应力—应变曲线分析,得到了类软土的长期强度值。     

型钢框架-锚索-岩土体耦合蠕变行为

通过现场试验，揭示了型钢框架-锚索-岩土体的耦合蠕变行为，建立了支护体系耦合效应下锚索蠕变模型和锚固力损失计算模型.基于蠕变损伤理论构建了锚固力损失过程中等效蠕变刚度损伤计算模型.研究结果表明，粉土地层中，拉力型锚索在有效锚固长度范围内增加锚固段长度可提高其抵抗蠕变能力，压力型锚索受锚固体挤胀作用影响，可有效减小锚固力损失.型钢框架-锚索-岩土体耦合蠕变模型及锚固力损失计算模型皆展现出较好的计算效果，等效蠕变刚度损伤模型可有效预测等效蠕变刚度的损失状态，并准确描述锚固力的衰减规律.     

纤维增强复合材料非线性蠕变流动特性

视基体材料为各向同性非线性蠕变体;纤维材料为各向同性线弹性体,基于Ａｂｏｕｄｉ胞元模型对纤维增强复合材料的蠕变特性进行了细观分析。提出并用蠕变面函数讨论复合材料的正交各向异性蠕变流动特性。     

几个扩展基础上的载荷试验及其蠕变行为研究

应用一个新的模型分析了几个扩展基础载荷试验,着重揭示前人无法解释的土体的蠕变行为。发现:使用的模型能够表征扩展基础载荷试验下土体的蠕变行为,且经模型变换后的应变时间曲线在双对数轴上是一条直线,其斜率为模型的指数n值,且n的取值与模型的参考量无关;载荷试验下土体蠕变行为的原始数据受到木制反力梁的自重蠕变、卸载-再加载、不等的蠕变观察时间等三个因素的干扰,当剔除这些干扰后得到的n值荷载水平曲线,显示n值与应力水平无关,n可以被看作表征土体的蠕变特性的一个指标。     

基于非线性虚拟材料栓接结合部动力学建模方法

为仿真栓接结合部非线性动力学特性，提出一种基于非线性横观各向同性虚拟材料的栓接结合部动力学建模方法.基于有限单元法，利用8节点实体单元构建被连接件及用来等效栓接结合部的横观各向同性虚拟材料层，虚拟材料层与被连接件固接.采用非线性虚拟材料等效栓接结合部，以模拟含栓接结合部结构在不同幅值的外简谐激振下所体现出的非线性刚度特性.为提高非线性模型计算精度，将非线性横观各向同性虚拟材料层进行分区处理，每个区域虚拟材料参数分别由该区域虚拟材料的形变确定.最后，对模型进行局部降维，在时域下求解模型的幅频响应，通过对比仿真计算结果和试验结果，验证所提出建模方法的可行性与有效性.     

基于粒子群-最小二乘法的岩石流变模型参数反演

为解决参数数量随加载级数增加而成倍增加,对参数反演带来困难这一问题,在分级加载蠕变模型中,根据粒子群算法和最小二乘法对参数反演的特点,先采用粒子群算法(PSO)对模型参数进行反演得到一个全局次优粒子,再将其作为初始值对模型参数进行最小二乘法反演.工程实例表明,粒子群-最小二乘法反演可以很好地应用于分级加载蠕变模型的参数反演.     

镁合金循环蠕变的损伤本构关系

利用MTS809高级材料试验机对镁合金AM50进行了系列蠕变试验,基于微结构和缺陷的分析提出各向同性标量损伤变量,在能量释放率概念的基础上导出损伤变量的演化方程.针对镁合金的循环蠕变强化和回复软化的特点建立内应力演化方程,在不可逆热力学和内应力理论基础上发展了考虑损伤的循环蠕变本构关系.理论分析与试验结果吻合较好,表明所建立的计及损伤的循环蠕变本构模型能够描述镁合金的循环蠕变现象.     

砂岩蠕变特性试验及三维非线性力学模型研究

为了描述岩石的蠕变力学行为,开展不同围压条件下的砂岩三轴压缩蠕变试验。研究表明：岩石稳定蠕变阶段是岩石微裂纹不断发育和扩展的过程,稳态蠕变速率与围压呈幂函数增长关系;砂岩在围压5 MPa、10 MPa和15 MPa下的长期强度分别为19.8 MPa、22.3 MPa和24.7 MPa,长期强度随围压的增强而递增。基于岩石蠕变的非线性特征,定义了一个与围压相关的黏弹性模量E（p）,经过推导变换得到了可反映岩石蠕变受时间和围压影响的E（p,t）,应用于改进后的Burgers模型,从而得到新的一维蠕变本构模型。将其拓展到三维应力状态,得到新的三维非线性力学模型,识别蠕变试验数据,对比分析预测效果,证明所建模型的可行性和合理性。研究成果为岩石三维应力状态下蠕变行为模拟提供一定参考。