砂巖加載與卸荷蠕變特性及非線性黏彈塑性模型研究.pdf

1、近年來隨著高邊坡、大型地下工程等開挖修建，建設(shè)過程中的安全性及運(yùn)營期的穩(wěn)定性等工程問題逐漸顯現(xiàn)，而工程的長期穩(wěn)定性與巖石蠕變性能密切相關(guān)，大量工程實踐表明，巖石蠕變是工程產(chǎn)生大變形乃至失穩(wěn)的重要因素。鑒于此，結(jié)合團(tuán)隊國家自然科學(xué)基金面上項目“基于卸荷作用的深部圍巖拉伸蠕變損傷演化機(jī)理及本構(gòu)模型研究”（41302223），本文以重慶地區(qū)砂巖為研究對象，采用試驗研究、理論分析、數(shù)據(jù)擬合等相結(jié)合的研究方法，對常規(guī)單軸及三軸壓縮條件下砂巖的變形

2、與破壞特征、不同加載和卸荷條件下砂巖的蠕變特性、非線性黏彈塑性蠕變模型及參數(shù)相關(guān)性等進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容如下：
　?、賹ι皫r的基本力學(xué)特性開展了不同圍壓作用下單軸和三軸強(qiáng)度試驗研究。采用WDAJ-600巖石試驗機(jī)進(jìn)行了單軸壓縮強(qiáng)度試驗，采用RLW-2000三軸試驗機(jī)進(jìn)行了三軸壓縮強(qiáng)度試驗。分析了砂巖的強(qiáng)度、變形與破壞特征，探討了基本力學(xué)特性，測得了其基本力學(xué)參數(shù)，為開展砂巖蠕變試驗研究奠定了基礎(chǔ)。
　?、趯ι皫r的蠕變特性

3、開展了分級加載與卸荷路徑的蠕變試驗研究。采用WDAJ-600巖石蠕變試驗機(jī)進(jìn)行了單軸壓縮蠕變試驗，采用ROCK600-50巖石三軸測試系統(tǒng)進(jìn)行了三軸條件下加載與卸荷路徑的壓縮蠕變試驗。分析了在不同圍壓作用下和不同分級卸荷量條件下砂巖蠕變過程中的變形與破壞特性，為開展巖石的蠕變本構(gòu)模型研究提供了試驗基礎(chǔ)。
　　③基于蠕變試驗結(jié)果，驗證了Burgers模型能有效描述砂巖瞬時彈性變形、衰減蠕變與等速蠕變變形，能有效反映加載與卸荷條件下砂

4、巖黏彈性蠕變特征；且運(yùn)用BFGS算法擬合的結(jié)果表明串聯(lián)Kelvin體對Burgers模型有修正與優(yōu)化改進(jìn)的調(diào)節(jié)作用。
　?、芨鶕?jù)加速蠕變曲線特征，采用黏滯系數(shù)隨時間按冪函數(shù)衰減的黏性元件，并串聯(lián)具有優(yōu)化功能的Kelvin體，再整體與塑性體并聯(lián)，得到能體現(xiàn)加載與卸荷條件下砂巖加速蠕變特征的改進(jìn)黏塑性模型；將改進(jìn)模型同Burgers模型串聯(lián)，可組成新的黏彈塑性模型。新模型可有效體現(xiàn)加載與卸荷條件下砂巖衰減、穩(wěn)定與加速蠕變。