为了研究岩石的非线性加速蠕变特性, 依据岩石蠕变变形不同阶段的力学特征,划分出了岩石由变形发展至破裂需经历的不同黏弹塑性状态,并给出了相应状态的蠕变力学特性。假定岩石在三轴压缩试验条件下,发生延性剪切破坏,推导了应变空间Drucker-Prager准则的临界状态转化的最大剪应变判别式。基于Perzyna黏塑理论,考虑后继屈服硬化作用,引入统计损伤因子,构建了能描述非线性加速蠕变特性的黏弹塑性损伤演化模型;采用岩石全自动伺服三轴蠕变试验机对三峡库区典型砂岩试样开展了蠕变试验,得到了岩石试样在不同应力水平作用下的蠕变变形曲线。结果表明:蠕变试验中,岩样力学性质的时效特征显著,在最后一级应力水平作用下发生了非线性加速蠕变现象。基于提出的黏弹塑性蠕变模型对试验曲线进行拟合,拟合结果说明模型能够较好地反映砂岩蠕变3个阶段变形的规律特征,拟合效果较好。
Abstract
According to rock mechanical characteristics of creep deformation at different stages, the visco-elastic-plastic states from deformation to rupture are classified, and the corresponding creep mechanical properties at different states are given. Under the assumption that ductile shear failure occurs in triaxial compression test, the maximum principal strain discriminant for the critical state transformation is derived using Drucker-Prager strain criterion. Furthermore, a visco-elastic-plastic damage evolution model for describing the nonlinear acceleration creep behavior is constructed by introducing a statistical damage factor based on the theory of Perzyna in consideration of the hardening effect in subsequent yield. Moreover, triaxial creep test is conducted with sandstone specimens from the Three Gorges Reservoir area, and the creep deformation curves under different pressures are acquired. Test results show that the creep characteristics of rock specimens are obvious, and non-linear accelerated creep happened under the final stress level. The proposed model is used for the fitting of test creep curves, and the fitting results suggest that the model could accurately describe different stages of sandstone’s creep deformation.
关键词
岩石力学 /
黏弹塑性 /
蠕变力学试验 /
损伤 /
本构模型
Key words
rock mechanics /
visco-elastic-plasticity /
creep mechanical tests /
damage /
constitutive model
{{custom_sec.title}}
{{custom_sec.title}}
{{custom_sec.content}}
参考文献
[1] 孙 钧. 岩土材料流变及其工程应用[M]. 北京:中国建筑工业出版社,1999.
[2] 孙 钧. 岩石流变力学及其工程应用研究的若干进展[J]. 岩石力学与工程学报,2007,26(6):1081-1106.
[3] 刘 雄. 岩石流变学概论[M]. 北京:地质出版社,1994.
[4] 夏才初,闫子舰,王晓东,等. 大理岩卸荷条件下弹黏塑性本构关系研究[J]. 岩石力学与工程学报,2009,28(3):459-466.
[5] LI J L,WANG L H,WANG X X,et al. Research on Unloading Nonlinear Mechanical Characteristics of Jointed Rock Masses[J]. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering,2010,2(4):357-364.
[6] 王 宇, 李建林, 邓华锋, 等. 软岩三轴卸荷流变力学特性及本构模型研究[J]. 岩土力学, 2012, 33(11):3338-3344.
[7] 朱杰兵,汪 斌,邬爱清. 锦屏水电站绿砂岩三轴卸荷流变试验及非线性损伤蠕变本构模型研究[J]. 岩石力学与工程学报,2010,29(3):528-534.
[8] 李 娜, 曹 平, 衣永亮, 等. 分级加卸载下深部岩石流变实验及模型[J]. 中南大学学报 (自然科学版), 2011, 42(11): 3465-3471.
[9] 曹 平, 郑欣平, 李 娜, 等. 深部斜长角闪岩流变试验及模型研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2012, 31(增1): 3015-3021.
[10]杨文东, 张强勇, 陈 芳, 等. 不同应力路径下卸围压流变试验分析及模型辨识[J]. 中南大学学报 (自然科学版), 2012, 43(5):1885-1893.
[11]徐卫亚,周家文,杨圣奇,等. 绿片岩蠕变损伤本构关系研究[J]. 岩石力学与工程学报,2006,25(增1):3093-3097.
[12]佘成学,崔 旋. 岩石非线性蠕变模型[J]. 武汉大学学报(工学版),2009,42(1):25-28.
[13]郑颖人,沈珠江,龚晓南. 广义塑性力学-岩土塑性力学原理[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[14]廖红建,蒲武川,卿伟宸. 基于应变空间硅藻质软岩的软化本构模型[J]. 岩土力学,2006,27(11):1861-1866.
[15]高 红,郑颖人,冯夏庭. 岩土材料最大主剪应变破坏准则的推导[J]. 岩石力学与工程学报,2007,26(3):518-524.
[16]贾乃文. 粘塑性力学及工程应用[M]. 北京:地震出版社,2000.
[17]王 伟,周先齐,刘桃根,等. 基于粘塑理论的岩石流变本构模型研究[J]. 三峡大学学报(自然科学版),2010,32(6):51-54.
[18]蒋昱州,张明鸣,李良权. 岩石非线性黏弹塑性蠕变模型研究及其参数识别[J]. 岩石力学与工程学报,2008,27(4):832-839.
[19]蒋昱州,徐卫亚,朱杰兵,等. 含断续软弱夹层岩石流变力学特性研究[J]. 长江科学院院报,2009,26(12):71-75.
[20]王瑞红,郭金龙,宛良朋,等. 不同埋深对某水电站隧洞围岩流变稳定性影响[J]. 长江科学院院报,2015,32(7):99-104.
[21]徐 平,夏熙伦. 三峡工程船闸区花岗岩蠕变特性试验研究[J]. 长江科学院院报,1995,12(2):23-29.
基金
国家自然科学基金项目(51579017,51479102,51109014,41672320);国家重点研发计划项目(2016YFC0401801);长江科学院基本科研业务费项目(CKSF2016008/YT,CKSF2017066/YT)
PDF(1440 KB)
