含杂质盐岩三轴蠕变特性试验研究

针对杂质盐岩蠕变力学特性问题,利用大型程控流变仪,对两种不同杂质盐岩进行分级加载下的三轴蠕变试验。试验结果表明:围压和杂质含量不同,盐岩破坏形态及力学参数均有差异。围压小于临界围压,盐岩呈剪切破坏;围压大于临界围压,盐岩呈大变形鼓状破坏。围压和杂质含量一定,岩盐稳态速率随偏应力增加呈指数增长;偏应力和杂质含量一定,蠕变速率随围压增大而降低,长期强度有所增大;偏应力和围压一定,低杂质(ω=2.1%)盐岩稳态蠕变速率高于高杂质(ω=46.8%)盐岩。体积变形经历了压密期-平静期-扩容期3个阶段,高杂质盐岩体积应变低于低杂质盐岩。将不溶物杂质含量与应力敏感性常数n的关系同分数阶蠕变本构方程进行耦合,建立耦合杂质的盐岩分数阶非定常蠕变模型;将理论模型与试验数据对比分析证实了该模型的合理性。     

粉砂质泥岩蠕变特性与非线性黏弹塑性本构模型

针对边坡、隧道工程中粉砂质泥岩长期稳定性问题,采用DZSZ-150型多场耦合岩石三轴压力试验机,利用粉砂质泥岩相似材料试样,开展不同围压下粉砂质泥岩蠕变试验。根据蠕变试验结果建立可描述粉砂质泥岩蠕变全过程的非线性黏弹塑性本构模型,以7 MPa围压下蠕变试验结果为例,对所提出的蠕变本构模型进行合理性和可行性验证。结果表明：试样的稳态蠕变速率与偏应力大小有关,随着偏应力的增加,试样稳态蠕变速率与偏应力之间符合指数函数关系;在加速蠕变阶段的蠕变速率相对低偏应力水平下减速蠕变和稳态蠕变速率明显要增大很多,且非常短时间内就发生了蠕变破坏;提出一种描述粉砂质泥岩全蠕变过程的非线性黏弹塑性本构模型,该模型能描述粉砂质泥岩蠕变-破坏全过程的蠕变变形规律,反映了粉砂质泥岩在不同偏应力水平作用下的蠕变特性,克服了经典模型中无法准确描述加速蠕变过程的难题。     

含杂质盐岩加载过程渗透特性及细观特征研究

利用THMC岩石试验系统与工业CT,对不同杂质含量盐岩进行加载全过程气体渗透测试及加载前与破坏后的细观扫描,探讨了围压与杂质含量对含杂质盐岩加载过程渗透特性的影响。研究表明:杂质盐岩在5 MPa围压时的渗透率整体呈增大—平缓变化特征,但高杂质下的平缓期明显滞后杂质含量低的盐岩;在10 MPa围压时的渗透率具有下降过渡点,整体表现为增大—降低—上升至平缓的变化特征;围压对加载破坏过程中的渗透性具有显著影响,含杂质盐岩在10 MPa围压下破坏过程的渗透性,均比5 MPa围压状态下低约2～3个数量级。杂质含量低于45%时,杂质含量越高,破坏过程中渗透率越低;杂质含量超过45%时,破坏过程中的渗透率较高,量值与纯盐岩相当。杂质盐岩加载前的孔隙率约为1%,渗透破坏后增大了约10倍,加载破坏后高杂质盐岩与纯盐岩的孔隙率接近,杂质含量低的盐岩的孔隙率相对较低。研究获得了不同围压和杂质含量影响下渗透性差异的裂纹分布细观特征。低围压下的杂质含量低的盐岩呈单剪切面破坏特征,纯盐岩和高杂质盐岩呈共轭双剪切面破坏特征。导致破坏过程的渗透性较高;高围压下呈横向大变形特征,其破坏特征为裂纹方向与σ1方向一致的密集型微裂纹,破坏后的渗透性较低。     

修正的盐岩扩容模型及扩容界限研究

偏应力持续增加将导致盐岩发生扩容,盐岩扩容分为瞬时扩容和蠕变扩容.对盐岩三轴压缩试验以及三轴分级加载流变损伤试验数据进行分析,发现压缩-扩容边界对瞬时扩容和蠕变扩容都有影响,即应力状态未超过压缩-扩容边界时,盐岩体积不断减小;应力状态超过压缩-扩容边界时,盐岩将发生扩容,即体积增大.通过研究盐岩试件体积应变随偏应力变化规律,提出了修正的增量形式扩容模型,该理论模型计算结果与实验数据吻合较好.改变围压进行计算,结果表明,随围压增加,扩容起始点偏应力增大,最大压缩量增大.压缩-扩容边界可以作为盐岩储库围岩破坏的警戒点.     

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。     

粉砂质泥岩体积蠕变特性试验研究

采用RLJW-2000型岩石流变伺服仪,在三轴压缩条件下进行了饱和粉砂质泥岩蠕变试验.依据试验结果,对岩石体积蠕变阶段进行了划分,分析了岩石的体积蠕变规律.在此基础上,进一步分析了岩石体积蠕变速率的变化规律.研究结果表明:粉砂质泥岩的体积蠕变曲线以及体积蠕变速率曲线可以划分为3个不同的阶段;应力水平9 MPa是粉砂质泥岩从以轴向压缩变形为主转变为以径向膨胀变形为主的临界应力;应力水平15 MPa是粉砂质泥岩体积产生扩容的临界应力.研究成果可以丰富和完善岩石流变力学理论,为岩石蠕变破裂失稳的研究提供科学依据.     

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。     

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。     

基于砂岩蠕变试验的非线性蠕变模型辨识研究

为了研究砂岩的蠕变特性,利用全自动三轴伺服仪对砂岩试样进行10 MPa围压下的常规三轴试验和蠕变试验。为有效描述蠕变全过程,提出了一种含分数阶导数的非线性蠕变模型并进行验证。结果表明:在蠕变衰减、稳定阶段,试样环向蠕变速率和轴向蠕变速率比较接近;在蠕变加速阶段,试样的蠕变速率迅速增大,环向较轴向先发生加速蠕变,且环向加速蠕变速率更大,稳定蠕变速率随着应力水平的增大而增大,环向稳定蠕变速率增幅较轴向大,可见环向蠕变速率受应力水平影响更大,建立的含分数阶导数的非线性蠕变模型能较好模拟蠕变全过程,具有较高的准确性。     

近距离交叉隧道软岩蠕变特性研究

为研究云南某公路隧道上穿既有铁路隧道交叉段粉砂岩蠕变特性,利用ＴＬＷ －２０００三轴流变仪对现场试样进行了不同围压条件下的分级加载三轴蠕变试验。结果表明：在相同的偏应力条件下,围压越大,蠕变变形和瞬时变形越小;蠕变变形量随着载荷级数的增加呈现先减小,然后稳定,最后急剧增大的规律。另外,粉砂岩的起始蠕变速率随着围压的增大而减小。通过分析粉砂岩蠕变曲线的变化趋势,并考虑到蠕变过程中的损伤和硬化效应,采用非线性蠕变模型拟合实验数据。拟合结果表明非线性蠕变模型能够描述粉砂岩的蠕变特性。     

基于三轴蠕变试验砂岩非线性蠕变模型研究

针对观音堂煤矿2506工作面顶板坚硬砂岩三轴蠕变试验结果,引入能反映蠕变加速阶段的多项式元件,通过其与鲍埃丁模型串联,建立了新的坚硬砂岩非线性黏弹塑性蠕变模型,它能用统一数学表达式描述轴向、横向蠕变全过程。利用砂岩15 MPa围压下轴向分级加载蠕变试验数据,对建立的蠕变模型进行参数反演,获得了该模型蠕变参数。通过对砂岩三轴蠕变试验曲线拟合,验证了本文提出非线性蠕变模型的正确性及合理性。     

应用徐变恢复效应建立的应变全量递推方法

在统一当前应用广泛的各类徐变预测模式的条件下,建立高效、通用的徐变计算理论和方法,应从徐变本身的基本性质入手,从根本上把握其内在规律.在初步归纳了徐变统一理论基本特征的基础上,应用混凝土徐变恢复效应理论和应力冲量持时函数,建立了不需记录全部应力历史的全量递推方法,推导了应变全量递推表达式.研究表明,该方法适于不同类型的徐变预测模型和加载模式,能较大幅度提高计算效率,并满足计算精度要求.     

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。     

混凝土蠕变损伤分析模型

从损伤发展和基体蠕变这二种时间相关变形及其耦合效应的角度研究混凝土的蠕变。利用非平衡态热力学关系，给出混凝土损伤蠕变本构方程和损伤演化方程。通过养护时间及蠕变有效作用应力的定义，将混凝土老化效应及骨料因素考虑了进去。     

黄土蠕变的试验研究

对原状黄土进行了侧限条件下单向压缩的长期（蠕变）试验及分析，研究表明，蠕变量在总压缩变形量中占有非常可观的比例，值得在工程实际中考虑。     

考虑蠕变时预压期的近似确定方法

针对经典预压理论无法考虑次固结沉降以及考虑次固结沉降的Johnson法有时会出现临界固结度超过100％的错误,提出预压荷载一次骤然施加完毕后预压持续时间的近似计算公式.在推导该近似公式过程中,利用Bjerrum等时蠕变图和Yin-Graham等效时间线流变模型,采用曾国熙近似固结度计算公式,因此该近似公式能够克服Johnson法的缺陷,分析软基固结系数、蠕变系数、回弹指数、超固结比、工后允许沉降和预固结时间对预压工期的影响.研究表明:当预压超载较小时,预压持续时间随着超载比的增加呈幂函数趋势减少,增大超载比能够有效地缩短预压工期;当预压超载较大时,预压持续时间随着超载比的增加缓慢减少,增大超载比对缩短工期意义不大.     

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.     

Rock bending creep and disturbance effects

The bending creep and its disturbance effects of red sandstone rock beam and oil shale rock beam were studied by adopting the self-developed gravitation level style rock creep test machine and bending creep test system,and the constitutive equations were established.It is found that fracture morphology of rock beams under no disturbance load is regular,cracking position of fractures is on part of loading concentration,the crack starts from a neutral plane.However,fracture morphology of rock beams under disturbance load is irregular,cracking position of fractures deviates from a neutral plane.Delayed instability of rock beam occurs for some time under constant disturbance load.When disturbance load is beyond a certain range,suddenly instability of occurs rock beam in a certain time.The results show that there is a guiding significance for creep stability in the geotechnical engineering fields.     

考虑徐变影响的施工期时变结构受力分析

施工过程和混凝土徐变对高层建筑结构具有重要影响。本文提出采用龄期调整的有效模量法(AMME)考虑施工期混凝土徐变的影响,并利用超级有限元理论进行施工过程的模拟,并以某巨型框架作为算例进行了分析。结果表明施工过程和混凝土徐变对结构的内力和竖向变形具有重要影响,计算方法切实可行,结论可供设计施工参考。