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(lái)隨著高邊坡、大型地下工程等開挖修建，建設(shè)過(guò)程中的安全性及運(yùn)營(yíng)期的穩(wěn)定性等工程問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)，而工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定性與巖石蠕變性能密切相關(guān)，大量工程實(shí)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(duì)國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)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(duì)象，采用試驗(yàn)研究、理論分析、數(shù)據(jù)擬合等相結(jié)合的研究方法，對(duì)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?jī)?nèi)容如下：
　?、賹?duì)砂巖的基本力學(xué)特性開展了不同圍壓作用下單軸和三軸強(qiáng)度試驗(yàn)研究。采用WDAJ-600巖石試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了單軸壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)，采用RLW-2000三軸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了三軸壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)。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(cè)得了其基本力學(xué)參數(shù)，為開展砂巖蠕變?cè)囼?yàn)研究奠定了基礎(chǔ)。
　?、趯?duì)砂巖的蠕變特性

3、開展了分級(jí)加載與卸荷路徑的蠕變?cè)囼?yàn)研究。采用WDAJ-600巖石蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)進(jìn)行了單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)，采用ROCK600-50巖石三軸測(cè)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?cè)囼?yàn)。分析了在不同圍壓作用下和不同分級(jí)卸荷量條件下砂巖蠕變過(guò)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(yàn)基礎(chǔ)。
　?、刍谌渥?cè)囼?yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了Burgers模型能有效描述砂巖瞬時(shí)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(duì)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(shí)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。