黑河水庫壩肩邊坡云母石英片巖三軸蠕變機(jī)理及蠕變模型研究.pdf

1、本文以黑河水庫左壩肩的云母石英片巖為研究對(duì)象，采用試驗(yàn)研究、理論分析相結(jié)合，宏、微觀研究相結(jié)合的研究方法，基于三軸蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果，電子顯微鏡和偏光顯微鏡掃描測(cè)試結(jié)果，對(duì)云母石英片巖的蠕變特性、蠕變機(jī)理進(jìn)行了分析，并建立了云母石英片巖的蠕變模型，為邊坡變形破壞預(yù)測(cè)奠定理論基礎(chǔ)。 首先，對(duì)片理發(fā)育的軟弱變質(zhì)巖-云母石英片巖，在軸向力與片理垂直的條件下，采用巖石全自動(dòng)流變伺服儀進(jìn)行了三軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)，對(duì)軸向蠕變和徑向蠕變進(jìn)行了對(duì)比分析，

2、提出徑向蠕變比軸向蠕變敏感，以徑向蠕變長期強(qiáng)度作為長期強(qiáng)度更合理。研究了圍壓對(duì)云母石英片巖三軸蠕變的影響，進(jìn)一步指出圍壓越大，對(duì)徑向變形的約束能力越強(qiáng)，徑向蠕變長期強(qiáng)度和軸向蠕變長期強(qiáng)度均增加，徑向蠕變長期強(qiáng)度與軸向蠕變長期強(qiáng)度的比值減小。在單軸蠕變時(shí)，軸向蠕變長期強(qiáng)度可以作為軟巖的長期強(qiáng)度?？偨Y(jié)出軸向、徑向等時(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線的特點(diǎn)，表明云母石英片巖的蠕變具有明顯的非線形特征。總結(jié)出三種類型的軸向、徑向蠕變速率-時(shí)間曲線和對(duì)應(yīng)的三種類型粘

3、滯系數(shù)-時(shí)間關(guān)系曲線。指出現(xiàn)有的蠕變?cè)M合模型無法描述加速蠕變階段的根本原因是模型中的粘滯系數(shù)沒有反映出其實(shí)際變化規(guī)律。 然后，通過偏光顯微鏡和電子顯微鏡測(cè)試不同蠕變階段云母石英片巖徑軸向的微觀結(jié)構(gòu)變化，將云母石英片巖內(nèi)部分為空隙、裂隙等缺陷、堅(jiān)硬部分和軟弱部分共三部分，提出了張開裂隙的閉合、軟弱部分的位置調(diào)整、微破裂和堅(jiān)硬部分的位置調(diào)整四種微結(jié)構(gòu)變化，在此基礎(chǔ)上，探討了云母石英片巖的微觀蠕變機(jī)理，對(duì)衰減蠕變階段、等速蠕變階段

4、和加速蠕變階段的微觀機(jī)理進(jìn)行了合理解釋，并將微觀結(jié)構(gòu)變化引起的效應(yīng)歸結(jié)為空隙率的變化和損傷效應(yīng)，通過建立空隙率、損傷變量和宏觀應(yīng)力、應(yīng)變的關(guān)系，間接地建立了宏觀力學(xué)變量和微觀結(jié)構(gòu)變化的關(guān)系。 接著，建立了云母石英片巖的七元件線性粘彈塑性蠕變模型和非線性粘彈塑性蠕變模型，對(duì)軸向蠕變和徑向蠕變曲線采用同一模型分別進(jìn)行了擬合，確定了模型參數(shù)，根據(jù)試驗(yàn)曲線和擬合曲線的吻合情況，驗(yàn)證了模型的正確性；用各模型參數(shù)的平均值作為代表值研究了圍壓

5、對(duì)模型參數(shù)的影響，軸向和徑向模型參數(shù)的區(qū)別?？偨Y(jié)出由試驗(yàn)曲線擬合求模型參數(shù)過程中的影響因素，提出用參數(shù)綜合辯識(shí)法來進(jìn)行模型參數(shù)選擇。 最后，定義了蠕變損傷變量，該蠕變損傷變量只有2個(gè)模型參數(shù)，能全面地反映蠕變過程中的四種微結(jié)構(gòu)變化和蠕變機(jī)理，簡(jiǎn)化分解后的蠕變損傷變量能描述在破壞應(yīng)力下和中高應(yīng)力下的粘滯系數(shù)η3和時(shí)間關(guān)系。采用全解耦合的方法來考慮云母石英片巖損傷和蠕變的耦合作用，得到了能反映蠕變機(jī)理的云母石英片巖蠕變損傷本構(gòu)方程，