巖石蠕變實(shí)驗及非定常參數(shù)粘彈模型.pdf

1、地球介質(zhì)的流變模型一般認(rèn)為都是定常的，即模型參數(shù)不隨時間的增長而變化，但實(shí)際上，地球介質(zhì)在構(gòu)造運(yùn)動等因素的作用下，其力學(xué)參數(shù)隨時間的變化十分明顯，故引入非定常參數(shù)粘彈模型，本文將圍繞這一點(diǎn)進(jìn)行研究和探索。 分別選取了斷層泥、大理巖、花崗巖和砂巖作為試樣進(jìn)行了一系列的蠕變實(shí)驗，有恒定荷載、多級加載等實(shí)驗方式，實(shí)驗持續(xù)時間從幾小時到幾天、幾十天，溫度從常溫到500℃。 在對實(shí)驗數(shù)據(jù)的處理過程中發(fā)現(xiàn)巖石蠕變曲線的反演具有蠕變模

2、型的不唯一性和蠕變參數(shù)隨時間變化的不唯一性。對于同一組實(shí)驗數(shù)據(jù)，可以用標(biāo)準(zhǔn)線性體、伯格斯體和對數(shù)模型等三種模型來反演，得到的理論曲線和實(shí)測曲線非常相似，相關(guān)系數(shù)很高，體現(xiàn)了巖石蠕變曲線的反演具有蠕變模型的不唯一性。但當(dāng)實(shí)驗數(shù)據(jù)被分成長短不同的時間段時，即實(shí)驗在假定的時間段內(nèi)結(jié)束，反演得出模型的力學(xué)參數(shù)都隨時間而變化，并不是定值常數(shù)，體現(xiàn)了巖石蠕變曲線的反演具有蠕變參數(shù)隨時間變化的不唯一性。 為了獲得合理的蠕變模型，提出了辨別模型

3、優(yōu)劣的兩個標(biāo)準(zhǔn)，即“吻合”和“預(yù)測”：首先由模型所計算出的理論數(shù)據(jù)要能很好的吻合過去的實(shí)驗數(shù)據(jù)，即和實(shí)測數(shù)據(jù)有很高的相關(guān)系數(shù)和很小的均方差；其次模型要具有較好的預(yù)測未來蠕變變化趨勢的能力。為此將實(shí)驗數(shù)據(jù)分成長短不同的兩個時間段來處理，用第一段的實(shí)驗數(shù)據(jù)反演計算，并將時間外延到第二段的時間長度繪出理論曲線，再和第二段的實(shí)測曲線作比較，這樣的目的既比較了模型和實(shí)測數(shù)據(jù)的“吻合”程度，又能在第二階段的比較中，檢驗?zāi)Ｐ偷摹邦A(yù)測”能力，兩者相結(jié)合

4、就能找出合理的蠕變模型。對于第一個標(biāo)準(zhǔn)，已有大量的研究，但對第二個標(biāo)準(zhǔn)則討論較少。 非定常參數(shù)粘彈模型即修正后的標(biāo)準(zhǔn)線性體能夠同時滿足“吻合”和“預(yù)測”2個判別標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)線性體模型用來表示地球介質(zhì)的粘彈性較好，它在短時間內(nèi)，表現(xiàn)出明顯的彈性性質(zhì)，而在較長時間內(nèi)，表現(xiàn)出明顯的流變特性。對實(shí)驗所得的蠕變曲線進(jìn)行分段處理，反演得出非定常參數(shù)模量比C或模量E2和粘滯系數(shù)η或弛豫時間T隨時間的變化規(guī)律，就可以確定修正函數(shù)的具體形式，引入非