紅砂巖單軸加卸載蠕變特性試驗(yàn)研究.pdf

1、巖石的流變特性與巖體的長期穩(wěn)定性有著密切的聯(lián)系，室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬手段是開展巖石流變特性研究的主要方法。隨著我國一些特長深埋隧道、高陡巖質(zhì)邊坡、核廢料處置庫以及地下廠房等大型基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，地下建筑圍巖應(yīng)力在項(xiàng)目生命周期中具有復(fù)雜多變性。地下建筑建造時的安全性與項(xiàng)目運(yùn)營期間的長期穩(wěn)定性關(guān)乎項(xiàng)目建設(shè)的成敗和國計(jì)民生。因此，開展復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下巖石的流變特性研究具有重要的意義。本文以江西省科技計(jì)劃項(xiàng)目（20123BBG70214）“復(fù)雜應(yīng)力狀

2、態(tài)下巖石流變特性試驗(yàn)研究”為依托，以江西省鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)某高速公路隧道為工程背景。采用室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬2種試驗(yàn)方法，對江西省鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)典型的紅砂巖進(jìn)行單軸加卸載條件下的蠕變試驗(yàn)，探究紅砂巖在單軸加卸載應(yīng)力狀態(tài)下的流變力學(xué)特性，建立紅砂巖單軸加卸載條件下的蠕變本構(gòu)模型，在有限差分軟件FLAC3D中，調(diào)用室內(nèi)試驗(yàn)建立的蠕變本構(gòu)模型，實(shí)現(xiàn)與室內(nèi)蠕變試驗(yàn)同等條件下的蠕變試驗(yàn)數(shù)值模擬研究。
　　本文的主要工作與研究成果如下：<

3、br>　　（1）從江西省鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)某高速公路隧道掌子面采集到了典型的紅砂巖巖樣，在巖石切片試驗(yàn)室內(nèi)將巖樣加工成標(biāo)準(zhǔn)試件，通過對紅砂巖試件進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)、單軸直接拉伸試驗(yàn)以及直接剪切試驗(yàn)，獲得了紅砂巖的單軸抗壓強(qiáng)度、單軸抗拉強(qiáng)度、彈性模量、泊松比、內(nèi)摩擦角以及內(nèi)聚力等相應(yīng)的基本力學(xué)參數(shù)。
　　（2）采用分級增量循環(huán)加荷-卸荷的加載方式對紅砂巖進(jìn)行室內(nèi)單軸蠕變試驗(yàn)。研究表明，紅砂巖的長期抗壓強(qiáng)度為其瞬時單軸抗壓強(qiáng)度的80%~9

4、0%；通過對單軸蠕變試驗(yàn)曲線進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)紅砂巖的蠕變曲線出現(xiàn)了衰減蠕變、穩(wěn)定蠕變以及加速蠕變3個典型階段；對紅砂巖軸向蠕變應(yīng)變的粘彈塑性特征進(jìn)行分析，表明紅砂巖的蠕變變形具有復(fù)雜的粘、彈、塑性共存特性。
　?。?）通過對紅砂巖單軸蠕變試驗(yàn)曲線特征進(jìn)行分析，得到了紅砂巖蠕變本構(gòu)模型中的基本元件及其組合方式，引入了能反映三階段蠕變的基于Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則的Burgers模型，也稱之為Cvisc模型；通過運(yùn)用非線性最小二

5、乘算法—Levenberg-Marquardt法，根據(jù)蠕變方程對單軸蠕變試驗(yàn)曲線進(jìn)行非線性擬合，獲得了各級應(yīng)力條件下的蠕變參數(shù)。研究表明，擬合的理論曲線與試驗(yàn)曲線十分吻合，充分說明了Cvisc模型能較好的反映紅砂巖單軸加卸載應(yīng)力狀態(tài)下的蠕變特性。
　?。?）對FLAC3D軟件的基本原理、優(yōu)缺點(diǎn)以及蠕變計(jì)算模式進(jìn)行了簡要介紹，選取軟件內(nèi)置的Cvisc模型，采用與室內(nèi)單軸蠕變試驗(yàn)相同的物理力學(xué)參數(shù)，對紅砂巖進(jìn)行單軸加卸載蠕變試驗(yàn)數(shù)值分