紅砂巖單軸加卸載蠕變特性試驗研究.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設施的建設，地下建筑圍巖應力在項目生命周期中具有復雜多變性。地下建筑建造時的安全性與項目運營期間的長期穩(wěn)定性關乎項目建設的成敗和國計民生。因此，開展復雜應力狀態(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劃項目（20123BBG70214）“復雜應力狀

2、態(tài)下巖石流變特性試驗研究”為依托，以江西省鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)內(nèi)某高速公路隧道為工程背景。采用室內(nèi)試驗和數(shù)值模擬2種試驗方法，對江西省鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)內(nèi)典型的紅砂巖進行單軸加卸載條件下的蠕變試驗，探究紅砂巖在單軸加卸載應力狀態(tài)下的流變力學特性，建立紅砂巖單軸加卸載條件下的蠕變本構模型，在有限差分軟件FLAC3D中，調(diào)用室內(nèi)試驗建立的蠕變本構模型，實現(xiàn)與室內(nèi)蠕變試驗同等條件下的蠕變試驗數(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，在巖石切片試驗室內(nèi)將巖樣加工成標準試件，通過對紅砂巖試件進行單軸壓縮試驗、單軸直接拉伸試驗以及直接剪切試驗，獲得了紅砂巖的單軸抗壓強度、單軸抗拉強度、彈性模量、泊松比、內(nèi)摩擦角以及內(nèi)聚力等相應的基本力學參數(shù)。
　?。?）采用分級增量循環(huán)加荷-卸荷的加載方式對紅砂巖進行室內(nèi)單軸蠕變試驗。研究表明，紅砂巖的長期抗壓強度為其瞬時單軸抗壓強度的80%~9

4、0%；通過對單軸蠕變試驗曲線進行分析，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變的粘彈塑性特征進行分析，表明紅砂巖的蠕變變形具有復雜的粘、彈、塑性共存特性。
　?。?）通過對紅砂巖單軸蠕變試驗曲線特征進行分析，得到了紅砂巖蠕變本構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屈服準則的Burgers模型，也稱之為Cvisc模型；通過運用非線性最小二

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