考虑含水劣化的泥质粉砂岩单轴蠕变特性研究

基于不同含水状态下T2b2泥质粉砂岩蠕变特性的试验研究结果,建立蠕变模量与含水率之间的数学关系式,表明含水率越大蠕变模量越小.将岩石的含水损伤定义为瞬间弹性损伤和长期蠕变损伤,结合试验结果确立了损伤变量和损伤演化方程,并基于泥质粉砂岩非线性蠕变方程建立了可考虑含水损伤的岩石蠕变模型.针对含水率恒定与变化两种情况下的理论和试验结果分别进行了对比分析,结果表明:①含水率恒定情况下,理论曲线和实验曲线的变化趋势是一致的;②变含水率情况下,理论曲线是介于饱和状态和干燥状态蠕变曲线之间的一种特殊曲线,不同吸水速率对应的瞬间弹性应变与干燥状态相等;吸水速率越大,初始蠕变速率越大,蠕变应变量也越大;吸水速率越小,岩石进入稳定蠕变阶段所需时间越长.     

饱水状态下煤矿粉砂岩蠕变特性试验研究

为探究地下水对深部岩体蠕变力学特性的影响,利用ZYSS2000岩石高温高压蠕变仪对饱水状态下的煤矿深部粉砂岩开展单轴压缩蠕变试验。试验结果表明,煤矿粉砂岩在各级应力作用下,轴向和侧向蠕变曲线较为相似,主要表现为减速蠕变和等速蠕变,其中减速蠕变段历时较短,等速蠕变段历时较长;体积蠕变曲线表现出压缩向扩容转化的特征;随应力的逐级增大,煤矿粉砂岩的瞬时应变、蠕变应变及稳态蠕变速率整体呈增长趋势,但应力的增大对煤矿粉砂岩侧向变形的影响比轴向变形要大;粉砂岩蠕变过程中的等时应力-应变曲线,表明粉砂岩侧向的时效变形与非线性特性较轴向更明显。     

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。     

高温后粉砂岩冲击破碎特性研究

对粉砂岩经历100～400℃不同温度作用后的冲击破碎特性进行实验研究,分析了不同温度后粉砂岩冲击破碎特性,并对其破坏机理作初步探讨.研究表明:高温后岩石的破裂形态以沿冲击加载方向的剪切破坏为主,且在相同冲击动载作用下,岩石经历的温度越高,它的破坏程度越大,碎块数量越多.反映了岩石在高温作用后内部结构发生改变,为深部矿床开采提供一定参考.     

非饱和泥质粉砂岩蠕变特性及其模型

以南宁第三系泥质粉砂软岩为研究对象,开展非饱和三轴压缩蠕变试验,分析含水率对岩石蠕变特性的影响;再在既有五元件蠕变模型中,引入非线性黏塑性元件,构建泥质粉砂岩的七元件非饱和压缩蠕变模型,分析相关蠕变参数的变化规律。结果表明,随着含水率增加,泥质粉砂岩的蠕变变形和蠕变速率显著增加,且蠕变长期强度明显降低,表明水对泥质粉砂岩蠕变变形影响显著;新建七元件模型较好地拟合了非饱和泥质粉砂岩全过程蠕变曲线。     

湖相软土单轴蠕变特性及其模型研究

通过长期单轴蠕变试验,获得了湖相软土在不同应力水平下的应力-应变-时间的关系曲线,据此研究该软土的蠕变变形特性;在此基础上,利用非线性牛顿黏壶代替广义西原模型中的线性牛顿黏壶,将其从一维泛化到三维应力空间,建立了改进广义西原模型;利用曲线拟合法确定蠕变模型参数,并对该模型进行数值模拟验证。结果表明：软土在加载的瞬时均有一定的瞬时变形,然后随时间的延长,变形也明显增加;当应力水平低于50 kPa时,土体蠕变变形以衰减蠕变为主,处于黏弹性阶段;当应力水平高于50 kPa时,土体出现了衰减蠕变和稳定蠕变,呈塑性,并进入黏塑性阶段;由于环刀的侧限作用,软土土样未出现加速蠕变;改进广义西原模型具有非线性,由其计算所得的理论曲线能较好地与实测的蠕变试验曲线相吻合。     

片岩三轴蠕变特性及蠕变模型研究

在云南澜沧江流域,发育了大量的倾倒变形体。软硬岩互层的岩体结构是该流域形成倾倒变形体的重要原因。软岩的岩体力学参数是研究倾倒变形体的关键点。为了研究其变形机制,采用YSJ-01-00岩石三轴蠕变实验机,在恒温条件下,对片岩进行三轴蠕变实验;采取Burgers模型对其流变曲线进行辨识,并确定模型参数。试验结果表明,该种岩石长期强度只有瞬时强度的0.71倍。通过对实验曲线的研究,本文系统分析了片岩在蠕变条件下的变形特征和力学特征。着重探讨了加速蠕变阶段的轴向应变-应变率-偏应力关系特征。为预测和评价倾倒变形体的长期稳定性提供了重要依据。     

可蠕变砂岩地层的临界蠕变应力及安全钻井周期

砂岩地层钻井可能出现缩径,严重威胁钻井安全,有必要研究砂岩蠕变性质,为钻井提供安全保障。使用MTS刚性实验机测定偏应力15~35 MPa下的黄流组砂岩岩心轴向应变,得出砂岩岩心存在临界蠕变应力。研究了砂岩不同蠕变阶段的蠕变机理,通过测定砂岩横波波速及长期强度确定了其稳态蠕变与加速蠕变临界应力。使用西原模型拟合了砂岩蠕变应变,计算了使用不同密度钻井液时黄流组砂岩地层安全钻井周期。研究结果可用于指导蠕变性砂岩地层安全钻井及钻井液密度设计。     

大埋深隧洞泥质粉砂岩的三轴蠕变试验与理论分析

为揭示滇中引水工程香炉山隧洞围岩的非线性蠕变力学特性,对大埋深香炉山隧洞深度1 km处T3sn泥质粉砂岩开展室内三轴蠕变试验,根据试验结果分析不同应力水平下岩样轴向应变随时间的变化规律.通过对试验曲线进行模型辨识,引入开关元件,并与Burgers模型结合形成修正的Burgers模型,将修正的Burgers模型与新提出的...     

高应力泥质粉砂岩黏弹塑性蠕变模型

为揭示高应力作用下深埋硐室围岩的流变特性,采用分级增量加载方式对泥质粉砂岩进行三轴压缩蠕变实验,根据稳态蠕变速率与应力的关系,利用给定蠕变速率阈值确定岩石的长期强度;结合蠕变曲线特征,将瞬弹性、黏弹性、黏塑性应变分离,建立模型各参数与应力和时间的函数关系;根据损伤定义确定瞬弹性、黏弹性元件的损伤变量,并引入瞬弹性、黏弹性损伤变量和黏塑性修正系数对西原模型进行优化,提出一种可以描述高应力作用下岩石蠕变全过程的变参数模型。研究结果表明:稳态蠕变速率随应力增大呈指数增大,采用给定蠕变速率阈值求得岩石的长期强度为68.82 MPa,为单轴抗压强度的74.80%;基于黏弹塑性应变分离建立的蠕变模型能够很好地描述岩石蠕变全过程的非线性特征,且优化模型与实验数据拟合较好,证明了该蠕变模型的合理性。     

湖南白垩系泥质粉砂岩风化特性研究

为了研究白垩系泥质粉砂岩的风化特性,对不同风化程度的泥质粉砂岩岩体进行了工程特性、风化耐久性和风化速度试验.试验结果表明:随着岩体风化程度的加深,岩石中粘土矿物含量增加,增幅达52.7%;活动性强的化学成分相对减少,含量由7.58%降到1.98%;岩石干密度降低,由2.58 g/cm3降为2.31 g/cm,;孔隙率由3.8%增至17.3%;吸水率由1.96%增至2.76%,力学性能降低,抗压强度由5.2 MPa降至1.8 MPa,抗拉强度由2.24 MPa降至0.27 MPa;岩体更容易软化崩解.岩石的风化速率与自身的风化状态和暴露的面积有关.表9,参6.     

粉质粘土直剪蠕变特性试验研究

以淮南市地区粉质粘土为研究对象,采用分级加载的方式对试样进行了直剪蠕变试验。试验结果表明:剪切应力较小时为衰减蠕变,剪切应力较大时为非衰减蠕变,随蠕变时间的增长,剪切模量在逐渐变小,剪切模量随时间的变化符合幂函数形式。绘制出的剪切应力-应变曲线,在应变为1.4%左右具有明显的转折点,此点所对应的剪切应力值可作为长期强度值的参考值,长期强度值约为短期强度值的77.5%,时间效应对土的内摩擦角影响较小,对粘聚力影响较大。根据本次试验结果,建立了符合本次蠕变试验的本构模型,经验证,该模型能够较好的模拟淮南市地区粉质粘土的蠕变特性。     

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。     

辉绿岩单轴及常规三轴压缩下力学特性试验研究

为了分析坚硬脆性岩石在单轴及常规三轴压缩条件下的强度和变形特性,通过在TAW-2000微机控制电液伺服试验机上对辉绿岩进行单轴及常规三轴压缩试验,主要分析辉绿岩在围压为1、3、5、10 MPa时基本物理力学参数的离散程度,其弹性模量的离散程度指标值较小,在0.27%～3.49%波动,能较好地表征辉绿岩的变形特性。试验结果表明:随着围压的增大,岩石峰值应变和残余应变均表现出显著的线性增长关系,可采用一次函数形式拟合,弹性模量、变形模量和泊松比均表现出较明显的非线性增长关系,可采用幂函数形式进行拟合,但并不会随着围压的增大而无限增大,而是趋于一个稳定值,这一规律为实际工程中不同地应力条件下准确选取弹性模量、泊松比等参数提供理论基础;随着围压的增大,岩石的峰值强度和残余强度均呈现出较显著的线性增长关系,可采用一次函数形式拟合,并计算出黏聚力和内摩擦角,为岩石工程设计时强度参数的选择提供参考依据。     

板岩各向异性三轴蠕变特性的试验研究

为了研究板岩三轴蠕变特性,根据层理方向,对板岩进行0°和90°制备岩样,然后分别进行5 MPa、15 MPa和20 MPa围压的三轴蠕变试验。试验结果显示:围压和层理面是板岩蠕变的影响因素,围压越大,板岩的弹性模量和峰值强度越大。15 MPa围压下弹性模量和峰值强度各向异性度最大。同一围压下,平行层理面的峰值强度和弹性模量比垂直层理面的大。应力-应变曲线呈"厂"字形,板岩在低应力水平下蠕变很小,在临近破坏的高应力水平下有明显蠕变现象。围压越低,蠕变现象越明显,垂直层理面比平行层理面更易发生蠕变破坏。板岩每级加载都会出现瞬时应变且近似呈线性变化。板岩在最后一级加载下经历了初期蠕变、稳态蠕变和加速蠕变,在5 MPa和15 MPa围压下稳态蠕变期间有突变蠕变。板岩蠕变破裂形式主要沿层理面发生破坏,在低围压下附带张拉破坏,在高围压下附带剪切破坏。     

高温下砂岩稳态蠕变规律的实验研究

在阶梯加载条件下对紫篷山砂岩进行了高温单轴压缩蠕变实验,利用参数变动法对砂岩稳态蠕变律常数进行了测定,同时,也对砂岩的稳态蠕变阶段进行了初步的研究。实验过程及结果表明,在实验的温压范围,即σ=8.6~77.8 MPa,T=20~500℃下,砂岩稳态蠕变率在10-10~10-9s-1之间,其随着温度和应力的增大而增大。温度越高,压力越大,砂岩的蠕变就越早进入稳态蠕变阶段。对砂岩稳态蠕变律常数的测定结果表明,在实验的温压范围内,应力指数n值表现出两段直线关系:应力σ在8.6~25.9 MPa之间时,应力指数n值在0.26~0.43之间;应力σ在25.9~77.8 MPa之间时,应力指数n值在0.61~0.82之间。应力指数n值有随着σ值的增大而增大的趋势。蠕变激活能QC值在0.05~3.796 k J/mol之间。当T在20~100℃之间时,T对QC的影响小。综合分析表明,在实验温压范围内,利用参数变动法对砂岩的蠕变激活能QC值进行测定有较大误差。在结构常数A的测定方面,ln A值均呈现负值,在-19.91~-14.59之间,这表明在实验的温压范围内,砂岩的微观结构、组分对稳态蠕变速率的影响是很小的。ln A值也存在着类似于应力指数n值的分段现象,表明了应力σ越大,砂岩的微观结构、组分对稳态蠕变速率的影响是越大。此外还对砂岩的弹性模量E进行了初步的研究。研究发现,弹性模量E随着应力的增大而增大,随着温度的增大而减小。     

化学效应下的砂岩蠕变机理

为研究长期处在外界复杂的化学环境中砂岩变形机理,针对长期处在外界环境中的砂岩发生的蠕变具有化学效应这一事实,通过室内试验数据分析,采用Kelvin体流变模型建立了蠕变方程,利用泰勒级数建立了蠕变方程中参数与化学因子的拟合多项式,利用基于搜索模式的最小二乘原理(LSMPS)求得了具有化学效应蠕变方程力学参数的最优解;分析了化学效应随时间对砂岩蠕变作用机理.结果表明:化学效应对砂岩颗粒间的作用既有水的软化又有离子吸附与化学反应.     

化学效应下的砂岩蠕变机理

为研究长期处在外界复杂的化学环境中砂岩变形机理,针对长期处在外界环境中的砂岩发生的蠕变具有化学效应这一事实,通过室内试验数据分析,采用Kelvin体流变模型建立了的蠕变方程,利用泰勒级数建立了蠕变方程中参数与化学因子的拟合多项式,利用基于搜索模式的最小二乘原理(LSMPS)求得了具有化学效应蠕变方程力学参数的最优解;并且分析了化学效应随时间对砂岩蠕变作用机理.结果表明:化学效应对砂岩颗粒间的作用既有水的软化又有离子吸附与化学反应的结论,对岩土工程在自然环境中的安全使用提供了理论依据.