基于加载速率效应的泥岩蠕变特性研究

论文摘要

蠕变是工程岩体破坏的主要原因之一,岩石的加载速率效应对其蠕变特性有着显著的影响。本文采用室内试验、理论分析和数值模拟相结合的方法对蠕变的加载速率效应进行研究。通过对泥岩在4种不同加载速率下进行恒定速率、变速率单轴压缩试验和分级加载蠕变试验,研究了变速率加载时泥岩的应力-应变特征,以及加载速率对泥岩的强度特征和蠕变特性的影响规律。泥岩的全过程应力-应变曲线可划分为弹性和脆性破坏两个阶段。在弹性阶段时,弹性模量随着加载速率的增大而增大。破坏阶段表现为脆性破坏阶段,有明显的应力-应变曲线阶梯下降现象。在变速率加载条件下,泥岩的应力-应变关系表现出明显的等速特性,即在变速率单轴压缩试验中,当加载速率在某一时刻突变时,应力-应变曲线也出现突变,且突变后的应力-应变曲线保持突变后的趋势,直至发生下一次加载速率的改变,突变前后应力变化量与突变前的应力水平呈线性关系。在恒定速率加载条件下泥岩具有明显的加载速率效应,不同的加载速率对应不同的应力-应变关系,泥岩的峰值强度随着加载速率的增大而增大,最大应变（峰值强度时对应的应变）随着加载速率的增大而减小。泥岩的蠕变曲线可以通过分段三次多项式较好地拟合,通过对多项式的求导得到泥岩的蠕变速率变化曲线。泥岩的蠕变量及蠕变速率等特性受蠕变前加载速率的影响较大,当应力水平相同时,蠕变前加载速率越大,蠕变量越大,蠕变速率也越大。但是随着应力水平的增加,加载速率对蠕变量和蠕变速率的影响变小。反之亦然。在蠕变前加载速率相同的条件下,最大蠕变速率随着应力水平的提高而逐渐减小,但是随着蠕变前加载速率的增大,最大蠕变速率减小的趋势变缓。泥岩的蠕变速率随时间的增加而逐渐衰减,在较高加载速率下,其衰减过程可分为线性急剧衰减阶段、对数型缓慢衰减阶段和稳定阶段,且线性蠕变阶段和对数型阶段在较短时间内所产生的蠕变量占总蠕变量的70%以上。而在较低加载速率下,前两个阶段区别不明显。在元件模型的理论框架下,以应变速率（5）e作为内变量,在亚弹性模型、塑性模型和粘性模型的基础上建立了基于加载速率的粘弹塑性本构模型,并采用该模型对泥岩的蠕变试验曲线进行辨识,获得模型的各参数。将模型的计算结果与试验结果进行对比分析,发现基于加载速率的泥岩粘弹塑性本构模型能够很好地模拟泥岩蠕变特性。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 范振华

导师: 李福林

关键词: 泥岩,加载速率,分级加载,蠕变,力学性质,本构模型

来源: 中国矿业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 中国矿业大学

分类号: TU45

总页数: 82

文件大小: 3634K

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