岩石蠕变及其扰动效应试验研究

论文摘要

在深井软岩条件下，巷道围岩应力状态处于岩石强度极限邻域内，围岩会产生较大的蠕变变形。并且，随机扰动荷载会对蠕变变形产生很大的影响。因此，研究岩石的蠕变特性以及岩石在扰动载荷作用下的变形效应，建立蠕变扰动效应理论，对深井软岩支护具有重要的工程实用价值。论文结合国家自然科学基金项目“岩石在强度极限邻域内的扰动蠕变特性实验研究”，围绕岩石的非线性蠕变特性和蠕变扰动效应，应用新研制的常载三轴扰动蠕变仪和弯曲试验仪，进行了岩石单轴压缩蠕变、四点弯曲蠕变和蠕变扰动效应等系列室内试验，主要研究了岩石的非线性蠕变特征、对扰动荷载敏感的邻域范围、强度极限邻域内的蠕变扰动效应等，得到了一系列有意义的研究成果。 在岩石单轴压缩蠕变试验中，采用重力加载式流变仪和电阻应变片测量方法，在分级加载条件下对岩石的蠕变特性进行了试验研究，重点观察和分析了蠕变条件下变形模量和蠕变泊松比的变形效应和时间效应。横向等速蠕变的应力阀值低于轴向的，约为轴向蠕变应力阀值的60～80％。横向蠕变有明显的加速蠕变阶段，且比轴向加速蠕变阶段出现的早。随应力水平的增加，受蠕变影响，岩石变形模量逐渐增大，蠕变泊松比的增大更显著。利用MTS刚性伺服试验机进行的红砂岩瞬时加卸载试验、短程蠕变试验，以及采用重力加载式流变仪进行的泥岩长程蠕变试验，进一步验证了岩石力学参数的时间效应。 根据试验结果，以工程实际中广泛应用的元件组合模型为基础，通过引入损伤变量和硬化变量，建立了一个新的岩石蠕变模型。该模型认为在岩石蠕变过程，始终同时存在着损伤和硬化两种相互竞争的机制。在衰减蠕变阶段硬化机制起主导作用，再等速蠕变阶段两种机制接近均衡，而在加速蠕变阶段则是损伤机制起主导作用。新模型可以用一个统一的方程描述岩石蠕变过程的三个阶段。 在岩石静载蠕变试验基础上，进行了蠕变扰动效应试验。岩石蠕变存在一个应变阈值，当应变小于该阈值时，扰动累积残余变形会逐渐趋于稳定，并使静态蠕变发展出现短时停滞；当应变大于该阈值时，扰动累积残余变形的发展可分衰减、近似等速和加速三个阶段，与静态蠕变规律相似。以该应变阈值为界限可将应变状态分为对扰动敏感和不敏感两个区域，敏感区域定义为应变极限邻域。扰动荷载强度对残余变形的发展过程

论文目录

• 声明
• AFFIRMATION
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 文献综述及国内外研究现状
• 1.3 岩石蠕变研究课题中需要进一步研究的问题
• 1.4 本文的研究内容和研究方法
• 1.5 本章小结
• 2 岩石单轴压缩蠕变试验研究
• 2.1 岩石单轴压缩常规试验
• 2.2 岩石单轴压缩蠕变试验及分析
• 2.3 本章小结
• 3 岩石单轴恒载压缩蠕变模型研究
• 3.1 损伤力学的基本理论
• 3.2 岩石轴向蠕变损伤模型
• 3.3 蠕变硬化
• 3.4 单轴压力下考虑损伤及硬化的轴向蠕变方程
• 3.5 岩石横向蠕变模型
• 3.6 蠕变本构方程的试验验证
• 3.7 本章小结
• 4 分级加载条件下蠕变模型研究
• 4.1 蠕变试验结果的进一步分析
• 4.2 应变硬化效应的进一步验证试验
• 4.3 本构方程及其验证
• 4.4 本章小结
• 5 单轴压缩蠕变扰动效应试验研究
• 5.1 蠕变扰动效应工程实例
• 5.2 蠕变扰动效应试验及分析
• 5.3 应变极限邻域及蠕变扰动效应试验
• 5.4 本章小结
• 6 岩梁弯曲蠕变及其扰动效应试验
• 6.1 一次加载静载弯曲蠕变试验
• 6.2 分级加载静载弯曲蠕变试验
• 6.3 岩石在弯曲蠕变状态下的连续扰动试验
• 6.4 岩石在弯曲蠕变状态下的间隔重复扰动试验
• 6.5 岩石在弯曲强度极限邻域内的扰动试验
• 6.6 本章小结
• 7 主要研究成果与结论
• 致谢
• 攻读博士期间发表论文和参加的科研项目
• 参考文献
• 中文详细摘要