三峡永久船闸边坡现场岩体压缩蠕变试验研究

介绍了三峡船闸边坡现场岩体蠕变试验技术,在对试验成果进行整理分析的基础上,重点研究岩体蠕变模型和蠕变参数。在综合分析室内岩块、现场岩体蠕变试验及粘弹性位移反演分析的研究成果后,提出了岩体蠕变参数的取值方法,最后对船闸边坡长期变形量进行了数值模拟分析。     

大理岩蠕变特性试验研究

岩石的流变特性是岩石重要的力学特性之一，它控制着岩石的蠕变参数。利用自行研制的UCT-1型蠕变试验装置，采用单调连续加载和分级加载方式，对南阳大理岩进行了单轴压缩蠕变试验研究。根据试验结果，将蠕变强度与瞬时强度进行了比较，得出蠕变强度与瞬时强度之比为0．9左右的结论。拟合试验曲线得出了蠕变曲线经验公式，认为蠕变试验曲线接近对数规律；并分析了曲线的特点，建立了由Kelvin模型和Maxwell模型串联组成的Burgers大理岩蠕变理论模型，求出了相应的蠕变参数。     

典型红层软岩软弱夹层剪切蠕变性质研究

 红层软岩边坡岩体中软弱夹层发育且具有蠕变性,很多边坡岩体的失稳破坏都是沿软弱结构面的滑移失稳,软弱夹层剪切强度参数的选取是边坡工程勘察中的关键问题。通过2个典型红层软岩边坡工点软弱夹层样品室内剪切蠕变试验研究,表明红层软岩软弱夹层具有显著的蠕变特性,在边坡剪切强度参数选取中应考虑软弱夹层蠕变的影响。通过软弱夹层长期强度与短期强度试验资料分析,建议软弱夹层长期剪切强度可取短期剪切强度的75%。     

岩石流变特性及长期强度的试验研究

研制重力驱动偏心轮式杠杆扩力加载式流变仪，其扩力比稳定在120，误差在4‰以内，可实现任意长时间的恒定加载，满足流变试验的要求。应用该流变仪，对红砂岩的蠕变特性进行单轴压缩蠕变试验研究，重点观察和分析岩石横向蠕变规律与轴向蠕变规律的差异，并根据试验结果对岩石长期强度的确定进行分析。试验结果表明，横向稳定蠕变阶段的应力闽值低于轴向稳定蠕变阶段的应力阈值；横向蠕变有明显的加速蠕变阶段，且比轴向加速蠕变阶段出现得早；轴向蠕变的第二阶段则不太明显，且一经出现试样随即破坏。根据试验结果，考虑岩石蠕变的“岩石的长期强度”应根据岩石进入横向稳定蠕变的阈值应力来确定，这样确定的“岩石长期强度”值要比根据岩石进入轴向稳定蠕变的阈值应力确定的“岩石长期强度”值小19％～35％。这一结论对考虑蠕变稳定性的岩土上程设计具有重要的指导意义。     

冰碛土现场大尺寸蠕变试验研究

雅康高速公路兴康特大桥康定岸为巨厚层冰碛土，为研究冰碛土蠕变特性，采用自主研发的电气液伺服联控野外岩土力学试验装置开展现场米级大尺寸蠕变试验，实现了全过程的荷载伺服与数据自动采集。通过在现场开展常规直剪试验和直剪蠕变试验，获得了冰碛土的峰值强度参数和长期强度参数。根据现场压缩蠕变试验结果，分析了每级荷载下沉降变形的蠕变变形规律并获得了冰碛土压缩蠕变模型。研究表明：冰碛土瞬态蠕变持续时间不超过5 min，且具有加载后延迟变形的现象；减速蠕变阶段蠕变速率呈波动性下降；稳态蠕变阶段往往表现波动增长和收敛特征，反映了土体骨架颗粒的变形调整作用。     

坝肩高边坡层间错动带剪切蠕变特性与模型研究

高坝工程坝肩边坡岩体深部层间错动带的蠕变力学特性与蠕变损伤特性,直接影响着水电工程的长期稳定性与整体安全性。以某坝肩高边坡岩体层间错动带的剪切蠕变力学试验为基础,研究了层间错动带的剪切蠕变力学特性,分析了层间错动带的长期剪切强度参数和加速蠕变特性及蠕变速率变化特征;通过对层间错动带加速蠕变过程中损伤演化特性的分析,研究了考虑层间错动带岩体力学参数弱化和伴随加速蠕变变化的蠕变损伤效应,并基于西原流变模型和蠕变损伤演化方程,建立了能够反映高边坡层间错动带蠕变损伤演化过程的本构模型;而后通过对比数据拟合结果与试验结果,对提出的本构模型进行验证,显示所建立本构模型的正确性与合理性。     

冻土三轴流变特性试验研究与冻结壁厚度的确定

利用冻粘土试件进行了三轴蠕变试验，从而获得了复杂应力状态下的蠕变曲线。根据试验结果，建立了非线性蠕变方程来描述不同温度下冻粘土的蠕变特性。通过回归分析，得到了冻粘土蠕变参数的数值。根据冻土的流变理论，探讨了塑粘区的扩展规律，最后推导出了冻结壁厚度计算公式。同时，又进一步探讨了防止冻结管断裂的有效途径。     

粘弹塑性土工格栅加筋尾矿流变模型研究

分析土工格栅工程力学特性对加筋尾矿结构变形和长期稳定的影响，基于四参数粘弹塑性模型表征土工格栅长期低应力作用下的力学特性，提出了土工格栅加筋尾矿的流变模型，把加筋复合体受力分析分为两个阶段，分别对应尾矿处于弹性状态和塑性状态，将尾矿产生塑性变形的时间（塑性到达时间）作为两个阶段分界点，并给出了两个阶段的加筋复合体本构关系表达式。研究表明：四参数粘弹塑性模型能够准确反映土工格栅的衰减型蠕变和应力松弛特征；第1阶段，筋材中的应力随时间减小，导致尾矿中的微观应力重新分布，直到尾矿达到屈服条件进入第2阶段，筋材的应力开始保持不变，加筋复合体整体应变由于筋材的蠕变而增加；加筋复合体受力快速由第1阶段过渡到第2阶段，第1阶段变形很小，复合体整体应变主要由第2阶段导致；塑性到达时间受到土工格栅模型参数中Kelvin系数和尾矿强度参数内摩擦角的影响显著。     

考虑滑体粗粒土蠕变性质的边坡长期稳定性研究

针对滑体粗粒土开展了三轴蠕变试验,采用Singh-Mitchell蠕变模型能较好地拟合试验结果。分别采用长期强度下摩尔库伦模型、Drucker-Prager与Singh-Mitchell弹塑蠕变耦合模型,通过有限元软件计算和研究二维理想边坡的长期稳定性。结果表明,滑体土蠕变对边坡的长期稳定性有重要影响;采用长期强度下摩尔库伦模型比弹塑蠕变耦合模型,边坡变形更大,计算结果偏保守。     

红层泥岩的剪切蠕变试验研究

红层是红色陆相沉积为主的碎屑沉积岩层,岩性以砂岩、泥岩、粉砂岩和页岩为主。红层中的泥岩抗压强度较低,并具有明显的流变特性,蠕变变形量较大,常造成工程边坡的失稳和破坏,在进行工程勘察设计时应充分考虑红层泥岩的蠕变特性,进行合理的参数取值。本文通过对滇中地区红层泥岩进行的室内剪切蠕变试验研究,分析了不同的法向正应力下天然状态与饱水状态红层泥岩的剪切蠕变特性,并通过对红层泥岩长期强度与短期强度试验资料的分析,提出了红层泥岩长期剪切强度的取值建议。     

一种新的岩石流变模型

根据岩石加速蠕变阶段的力学特性,提出了一种非牛顿流体粘滞阻尼元件,将该阻尼元件与描述岩石减速蠕变和等速蠕变特性的传统模型结合,构成了新的综合流变力学模型,并应用于描述某大型水电工程坝区断层岩蠕变特性,效果良好。     

石膏角砾岩流变特性及流变模型研究

石膏角砾岩蠕变试验结果表明其具有非线性及加速蠕变特性,因此提出2种非牛顿体粘滞元件,建立新的复合流变力学模型,推导了相应的一维和三维蠕变本构方程,对试验结果进行模拟。结果表明,该模型能较好地描述石膏角砾岩流变的全过程。     

结构面的剪切蠕变特性及本构模型研究

岩体结构面的蠕变特性研究对解决岩石力学实际问题具有很重要的意义,结构面的蠕变力学性态往往控制着岩体的时效变形和长期强度,研究结构面的剪切蠕变特性是岩石流变学的一项重要内容。通过规则齿形结构面在不同法向应力条件下的剪切蠕变试验,研究了不同角度结构面的剪切蠕变特征,并根据蠕变试验结果,对结构面的剪切蠕变特性进行了描述,对结构面剪切蠕变试验过程中的蠕变速率特性进行了研究。研究表明,结构面在蠕变试验过程中,严格意义下的稳态蠕变是不存在的,常说的稳态蠕变实际上是蠕变速度随时间缓慢减小的近似稳态蠕变过程。最后,提出改进Burgers模型来描述蠕变的剪切蠕变特性,并讨论了改进的Burgers模型对于描述结构面剪切蠕变特性的适用性。     

古刘滑坡的蠕变特征及其预报分析

本文通过野外调查、室内试验和模型试验，对古刘滑坡蠕变破坏过程作了较全面的论证．从而得到一些黄土滑坡的破坏规律，并提出预报蠕变滑坡的方法，可用于黄土滑坡的预报。     

滑坡滑带土非饱和蠕变特性试验研究

在库水位变动及降雨入渗作用下,一方面,滑坡土体在饱和与非饱和状态之间转化,土体强度和变形具有非饱和土的特性; 另一方面,滑坡变形发展大都经历了一个时间过程,具有流变特性,因此,考虑吸力（含水率）作用的非饱和土蠕变特性对于水作用下的坡体长期稳定性研究具有非常重要的意义 。 以 三峡库区 某大型滑坡滑动带土为研究对象,开展了一系列非饱和三轴蠕变试验 ,给出了不同偏应力荷载,不同基质吸力条件下的蠕变试验曲线。试验结果表明,同一偏应力荷载下,随着吸力逐渐减小,蠕变变形及蠕变速率均不断增加,且随偏应力荷载的增加增幅更大。在此基础上,建立了各级吸力水平下滑动带土的 Mesri 蠕变模型,即剪应力–应变关系采用双曲线模型,应变–时间关系采用幂函数。接着,通过建立吸力与 Mesri 模型参数 — 初始排水切线模量 之间的函数关系,构建了滑动带土的应力–吸力–应变–时间模型。最后,通过该模型的预测值与试验值的对比分析,发现模型能较合理地预测滑坡滑动带土的蠕变特性。     

规则岩体结构面的蠕变特性研究

 岩体结构面的蠕变特性研究对解决岩石力学实际问题具有很重要的意义。通过规则齿型结构面在剪切应力条件下的双轴蠕变试验,研究不同爬坡角的结构面在不同法向应力时的蠕变特性,并根据蠕变试验结果,得到结构面剪切蠕变、法向蠕变随法向应力、剪应力、爬坡角的变化规律和时效性,并选取Burgers模型来描述蠕变的剪切变形特性。在模型试验的基础上采用三维有限元程序对具有锯齿状结构面的水泥砂浆块体在荷载作用下的受力性状进行模拟分析。通过有限元分析,探讨规则齿状结构面的应力分布规律。利用ANSYS计算结果,通过最大正应力理论对结构面的破坏进行判别,从而验证在剪切试验中,齿面以拉断形式破坏。     

变参数蠕变损伤本构模型及其工程应用

 考虑岩体的流变损伤劣化效应,建立一个变参数的蠕变损伤本构模型,该模型将岩体流变力学参数看作是非定常的,认为岩体流变参数随时间逐渐弱化,从而直观反映材料的损伤劣化过程。推导该蠕变损伤本构模型的三维差分表达式,并通过C++与FISH编程对有限差分软件FLAC3D进行二次开发,实现本构模型的程序化。将该模型应用于大岗山水电站坝基边坡工程,基于现场压缩蠕变试验,反演坝区岩体的蠕变损伤参数,通过坝区边坡开挖三维蠕变损伤稳定性计算,获得对边坡开挖设计和施工具有指导意义的建议和结论。     

隐伏非贯通结构面剪切蠕变特性及本构模型研究

结构面控制岩质边坡失稳的边界,自然界中大量结构面是非完全贯通的,且隐藏在斜坡内部,非贯通结构面研究对于揭示斜坡启动破坏机理及稳定性具有重要意义。隐伏非贯通结构面的岩块取样困难且不能大量复制,通过室内制作一种隐伏非贯通结构面模型,在单轴压缩试验和剪切试验的基础上,采用YZJL-300型岩石剪切流变仪,对隐伏非贯通结构面岩体进行剪切蠕变试验,并对蠕变特性进行研究。根据蠕变试验的阶段特征,引入一个适用于结构面的非线性黏性加速元件和材料损伤变量,建立一种非贯通结构面的剪切蠕变损伤本构模型,并根据拉普拉斯变化推导三维剪切蠕变本构方程。利用L-M算法和全局优化法对所得的蠕变试验曲线进行辨识,求解模型参数。经过辨识并对比试验结果和模型拟合结果,新建立的本构模型能较好地反映非贯通结构面蠕变特性,对揭示岩质斜坡的长期稳定性和时效演化有借鉴意义。     

用统一流变力学模型理论辨识流变模型的 方法和实例

 M. Reiner用弹簧、摩擦片和黏壶这3个元件分别模拟岩石的弹性、塑性和黏性,且用其并联组合可组成7个不同的模型。其中与黏壶并联的有4个(包括黏壶本身),称为基本流变力学模型,对应于与时间有关的4种基本流变力学性态。用这4个基本流变力学模型进行串联组合,可以形成15个流变力学模型(包括4个基本流变力学模型和11个复合流变力学模型)。将包含全部4种基本流变力学性态的模型称为统一流变模型,它包括了其他14个模型,也即其他14个模型都是统一流变模型的特例。根据岩石在不同应力水平下的加卸载蠕变曲线的特性,可以全面地辨识出与15种流变力学性态相对应的15个流变力学模型,且15个流变力学模型与15种流变力学性态是一一对应的关系,对模型的辨识具有惟一性。虽然,在其他文献中有一些模型与这15个模型有差异,但可以通过等效变换转化成为这15个模型之一。根据所提出的统一流变力学模型及其性质,详细论述了用不同应力水平下的加卸载蠕变试验结果辨识与岩石流变性态对应的流变力学模型的方法,并采用2种岩石的相应蠕变试验结果,给出了辨识其流变力学模型的例子。