巖石蠕變及其擾動效應(yīng)試驗研究.pdf

1、在深井軟巖條件下，巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)處于巖石強度極限鄰域內(nèi)，圍巖會產(chǎn)生較大的蠕變變形。并且，隨機擾動荷載會對蠕變變形產(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載荷作用下的變形效應(yīng)，建立蠕變擾動效應(yīng)理論，對深井軟巖支護具有重要的工程實用價值。論文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目“巖石在強度極限鄰域內(nèi)的擾動蠕變特性實驗研究”，圍繞巖石的非線性蠕變特性和蠕變擾動效應(yīng)，應(yīng)用新研制的常載三軸擾動蠕變儀和彎曲試驗儀，進行了巖石單軸壓縮蠕變、四點彎

2、曲蠕變和蠕變擾動效應(yīng)等系列室內(nèi)試驗，主要研究了巖石的非線性蠕變特征、對擾動荷載敏感的鄰域范圍、強度極限鄰域內(nèi)的蠕變擾動效應(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試驗中，采用重力加載式流變儀和電阻應(yīng)變片測量方法，在分級加載條件下對巖石的蠕變特性進行了試驗研究，重點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剛性伺服試驗機進行的紅砂巖瞬時加卸載試驗、短程蠕變試驗，以及采用重力加載式流變儀進行的泥巖長程蠕變試驗，進一步驗證了巖石力學(xué)參數(shù)的時間效應(yīng)。
　　根據(jù)試驗結(jié)果，以工程實際中廣泛應(yīng)用的元件組合模型為基礎(chǔ)，通過引入損傷變量和硬化變量，建立了一個新的巖石蠕變模型。該模型認(rèn)為在巖石蠕變過程，始終同時存在著損傷和硬

4、化兩種相互競爭的機制。在衰減蠕變階段硬化機制起主導(dǎo)作用，再等速蠕變階段兩種機制接近均衡，而在加速蠕變階段則是損傷機制起主導(dǎo)作用。新模型可以用一個統(tǒng)一的方程描述巖石蠕變過程的三個階段。
　　在巖石靜載蠕變試驗基礎(chǔ)上，進行了蠕變擾動效應(yīng)試驗。巖石蠕變存在一個應(yīng)變閾值，當(dāng)應(yīng)變小于該閾值時，擾動累積殘余變形會逐漸趨于穩(wěn)定，并使靜態(tài)蠕變發(fā)展出現(xiàn)短時停滯；當(dāng)應(yīng)變大于該閾值時，擾動累積殘余變形的發(fā)展可分衰減、近似等速和加速三個階段，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)分為對擾動敏感和不敏感兩個區(qū)域，敏感區(qū)域定義為應(yīng)變極限鄰域。擾動荷載強度對殘余變形的發(fā)展過程有較大影響，而應(yīng)變水平則對殘余變形的發(fā)展起控制作用
　　通過巖梁靜載彎曲蠕變試驗，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，進行了擾動試驗，得到了巖梁彎曲蠕變擾動效應(yīng)的一些規(guī)律：在連續(xù)擾動荷載下受拉一側(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)擾動累積變形小于拉伸一側(cè)；間隔重