巖石蠕變及其擾動(dòng)效應(yīng)試驗(yàn)研究.pdf

1、在深井軟巖條件下，巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)處于巖石強(qiáng)度極限鄰域內(nèi)，圍巖會(huì)產(chǎn)生較大的蠕變變形。并且，隨機(jī)擾動(dòng)荷載會(huì)對(duì)蠕變變形產(chǎn)生很大的影響。因此，研究巖石的蠕變特性以及巖石在擾動(dòng)載荷作用下的變形效應(yīng)，建立蠕變擾動(dòng)效應(yīng)理論，對(duì)深井軟巖支護(hù)具有重要的工程實(shí)用價(jià)值。論文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“巖石在強(qiáng)度極限鄰域內(nèi)的擾動(dòng)蠕變特性實(shí)驗(yàn)研究”，圍繞巖石的非線性蠕變特性和蠕變擾動(dòng)效應(yīng)，應(yīng)用新研制的常載三軸擾動(dòng)蠕變儀和彎曲試驗(yàn)儀，進(jìn)行了巖石單軸壓縮蠕變、四點(diǎn)彎

2、曲蠕變和蠕變擾動(dòng)效應(yīng)等系列室內(nèi)試驗(yàn)，主要研究了巖石的非線性蠕變特征、對(duì)擾動(dòng)荷載敏感的鄰域范圍、強(qiáng)度極限鄰域內(nèi)的蠕變擾動(dòng)效應(yīng)等，得到了一系列有意義的研究成果。
　　在巖石單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)中，采用重力加載式流變儀和電阻應(yīng)變片測(cè)量方法，在分級(jí)加載條件下對(duì)巖石的蠕變特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，重點(diǎn)觀察和分析了蠕變條件下變形模量和蠕變泊松比的變形效應(yīng)和時(shí)間效應(yīng)。橫向等速蠕變的應(yīng)力閥值低于軸向的，約為軸向蠕變應(yīng)力閥值的60~80％。橫向蠕變有明顯的加

3、速蠕變階段，且比軸向加速蠕變階段出現(xiàn)的早。隨應(yīng)力水平的增加，受蠕變影響，巖石變形模量逐漸增大，蠕變泊松比的增大更顯著。利用MTS剛性伺服試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行的紅砂巖瞬時(shí)加卸載試驗(yàn)、短程蠕變?cè)囼?yàn)，以及采用重力加載式流變儀進(jìn)行的泥巖長(zhǎng)程蠕變?cè)囼?yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了巖石力學(xué)參數(shù)的時(shí)間效應(yīng)。
　　根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，以工程實(shí)際中廣泛應(yīng)用的元件組合模型為基礎(chǔ)，通過(guò)引入損傷變量和硬化變量，建立了一個(gè)新的巖石蠕變模型。該模型認(rèn)為在巖石蠕變過(guò)程，始終同時(shí)存在著損傷和硬

4、化兩種相互競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)制。在衰減蠕變階段硬化機(jī)制起主導(dǎo)作用，再等速蠕變階段兩種機(jī)制接近均衡，而在加速蠕變階段則是損傷機(jī)制起主導(dǎo)作用。新模型可以用一個(gè)統(tǒng)一的方程描述巖石蠕變過(guò)程的三個(gè)階段。
　　在巖石靜載蠕變?cè)囼?yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行了蠕變擾動(dòng)效應(yīng)試驗(yàn)。巖石蠕變存在一個(gè)應(yīng)變閾值，當(dāng)應(yīng)變小于該閾值時(shí)，擾動(dòng)累積殘余變形會(huì)逐漸趨于穩(wěn)定，并使靜態(tài)蠕變發(fā)展出現(xiàn)短時(shí)停滯；當(dāng)應(yīng)變大于該閾值時(shí)，擾動(dòng)累積殘余變形的發(fā)展可分衰減、近似等速和加速三個(gè)階段，與靜態(tài)蠕變規(guī)

5、律相似。以該應(yīng)變閾值為界限可將應(yīng)變狀態(tài)分為對(duì)擾動(dòng)敏感和不敏感兩個(gè)區(qū)域，敏感區(qū)域定義為應(yīng)變極限鄰域。擾動(dòng)荷載強(qiáng)度對(duì)殘余變形的發(fā)展過(guò)程有較大影響，而應(yīng)變水平則對(duì)殘余變形的發(fā)展起控制作用
　　通過(guò)巖梁靜載彎曲蠕變?cè)囼?yàn)，分析了巖梁頂、底面的蠕變特性和中性面位置的偏移規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了擾動(dòng)試驗(yàn)，得到了巖梁彎曲蠕變擾動(dòng)效應(yīng)的一些規(guī)律：在連續(xù)擾動(dòng)荷載下受拉一側(cè)殘余變形衰減很快，累積殘余變形趨于穩(wěn)定，壓縮一側(cè)擾動(dòng)累積變形小于拉伸一側(cè)；間隔重