巖石材料的蠕變實(shí)驗(yàn)及本構(gòu)模型研究.pdf

1、流變學(xué)作為力學(xué)的一個(gè)分支，主要研究材料在應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、輻射等條件下與時(shí)間因素有關(guān)的變形規(guī)律，所涉及的內(nèi)容包括蠕變、應(yīng)力松弛和彈性后效等。蠕變是影響巖體穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素。軟弱巖石在受到較低水平的應(yīng)力作用時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生明顯的蠕變現(xiàn)象，如軟巖巷道中的底鼓，即使是很堅(jiān)硬的巖體，在高應(yīng)力作用下同樣會(huì)產(chǎn)生蠕變，從而影響到工程的功能和使用。因此，需要對(duì)巖石材料的蠕變行為進(jìn)行深入研究，力求從本質(zhì)上揭示其蠕變行為的特征。本文通過實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，

2、得到了鹽巖的基本力學(xué)參數(shù)，并研究了鹽巖在不同應(yīng)力條件下的力學(xué)特性和蠕變行為。以經(jīng)典蠕變模型為基礎(chǔ)，結(jié)合分?jǐn)?shù)階微積分理論，構(gòu)建了一個(gè)新的蠕變模型，并利用鹽巖、泥巖和煤巖的蠕變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①對(duì)鹽巖材料進(jìn)行了多組單軸和三軸壓縮實(shí)驗(yàn)，并在每組實(shí)驗(yàn)中選取三個(gè)試樣重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以此來降低實(shí)驗(yàn)的隨機(jī)性和試樣個(gè)體的差異性。結(jié)果三個(gè)試樣的測(cè)試結(jié)果比較接近，此批試樣的個(gè)體差異性較小。此外，常規(guī)壓縮實(shí)驗(yàn)的結(jié)果還表明

3、隨著圍壓的增大，抗壓強(qiáng)度和最大應(yīng)變會(huì)隨之增大。②在單軸蠕變實(shí)驗(yàn)中，選取了四個(gè)軸壓水平來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析了不同軸壓對(duì)蠕變的影響。當(dāng)軸壓水平越大時(shí)，加速蠕變階段就會(huì)越早地出現(xiàn)，并且穩(wěn)定蠕變應(yīng)變率也會(huì)越大。與單軸蠕變相比，當(dāng)材料受到一個(gè)較小的圍壓作用時(shí)，其蠕變行為也會(huì)發(fā)生巨大的變化，例如蠕變應(yīng)變率大幅下降、蠕變時(shí)間大幅增長(zhǎng)、加速蠕變階段缺失等。③通過分析不同應(yīng)力條件下的蠕變應(yīng)變率可以發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定蠕變應(yīng)變率與軸壓大小呈線性關(guān)系，加速蠕變應(yīng)變率與軸壓

4、大小也呈現(xiàn)出正相關(guān)性。此外，蠕變等時(shí)曲線表明隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，軸壓大小對(duì)蠕變的影響會(huì)越來越明顯。相反，圍壓會(huì)明顯地降低蠕變應(yīng)變率并抑制蠕變行為的發(fā)展。④結(jié)合分?jǐn)?shù)階微積分理論構(gòu)建了一個(gè)新的非線性蠕變模型，并利用廣義塑性力學(xué)理論和張量分析理論對(duì)新模型在三軸應(yīng)力狀態(tài)下的蠕變方程進(jìn)行了推導(dǎo)。以鹽巖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)蠕變模型的參數(shù)進(jìn)行了辨識(shí)，并驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。此外，利用泥巖和煤巖的蠕變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型的適用性進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明新模型可以應(yīng)用于模