断续双裂隙砂岩三轴卸荷蠕变特性试验及损伤蠕变模型

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具体制作步骤为:① 采用高速电动切割机对加工成 标准尺寸的完整砂岩试样进行切割,切割轮片厚度约 为 0． 5 mm,制成裂隙厚度 0． 6 ~ 0． 8 mm;② 采用水 1． 2㊀ 试验方案设计 泥砂浆对裂隙进行填充㊂ 常规单轴压缩试验表明,完整砂岩㊁缓缓㊁陡缓和
断续双裂隙砂岩三轴卸荷蠕变特性试验及 损伤蠕变模型
(1． 三峡库区地质灾害教育部重点实验室( 三峡大学) ,湖北 宜昌㊀ 443002;2． 重庆大学 土木工程学院, 重庆 ㊀ 400045;3． 成都理工大学 地质灾 害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川 成都㊀ 610059)
杨㊀ 超1 ,黄㊀ 达2 ,3 ,黄润秋3 ,曾㊀ 彬2
另一方面,考虑到实际岩体工程中无论是边坡开
形监测曲线均呈现较为明显的时效变形特征
㊂ 如三峡船闸开挖后, 边坡和围岩的变
[2]
屏 I 级水电站地下厂房施工过程中出现的普遍较大 5 个月的期间里围岩的最大时效变形将近 50 mm, 这 为保证岩体工程的稳定与安全,国内外众多学者针对 裂隙岩体的时效变形与扩展破坏开展了理论与试验 研究㊂ Chen 等
YANG Chao1 ,HUANG Da2,3 ,HUANG Run-qiu3 ,ZENG Bin2
College of Civil Engineering,Chongqing University,Chongqing㊀ 400045,China;3 . State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protec-
摘㊀ 要:为研究卸荷条件下裂隙岩体的蠕变特性,以通过对砂岩切割并充填水泥砂浆制备的裂隙试 样为对象,开展了恒轴压分级卸围压三轴卸荷蠕变试验㊂ 试验结果表明:试件在破坏时对应应力差 最小的是缓缓和陡缓裂隙组合岩体,其次为陡陡裂隙组合岩体和完整试样; 从变形特点来看, 相同 应力状态下,瞬时应变与蠕应变从大到小的顺序依次均为缓缓㊁ 陡缓㊁ 陡陡裂隙组合岩体和完整岩 石㊂ 采用元件模型对各试件不含加速蠕变阶段的变形进行的拟合显示, 可采用同一形式的本构模 型对裂隙岩体和完整试样进行描述㊂ 根据这一结论提出了基于 Lemaitre 应变等效原理和 Sidoroff 整岩石蠕变模型参数推导裂隙岩体蠕变模型参数,从而建立了完整岩石与裂隙岩体间的关系㊂ 关键词:岩石力学;裂隙岩体;三轴卸荷蠕变试验;损伤蠕变模型 中图分类号:TD315㊀ ㊀ ㊀ 文献标志码:A㊀ ㊀ ㊀ 文章编号:0253 -9993 ( 2016 ) 09 -2203 -09 能量等价原理的裂隙岩体损伤蠕变模型,并与室内试验结果进行了对比与分析㊂ 该模型可通过完
提出了多种脆性裂隙岩体的扩
Fig． 1㊀ Geometry model of two cracks and specimens of sandstones with two pre-existing cracks
图 1㊀ 双裂隙砂岩几何分布示意及相应裂隙砂岩试样
第9 期
杨㊀ 超等:断续双裂隙砂岩三轴卸荷蠕变特性试验及损伤蠕变模型
) , 男, 湖 南 衡 阳 人, 教
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tive models were put forward by using the equivalent strain and energy equivalent principle,and then compared with the laboratory tests results. The relationship between the intact rock and fractured rock mass was established by these fractured rock mass damage creep constitutive models. Key words:rock mechanics;fractured rock;unloading triaxial creep tests;damage creep model ㊀ ㊀ 一般认为,软岩材料本身具有较强的黏性性质, 而硬岩的流变性态相对较弱㊂ 而实际岩体工程中,或 多或少的存在着裂隙㊁ 节理和层理等构造面, 由于这 些薄弱部分的存在,导致了脆硬性岩体亦呈现较强的 流变特性
㊀ 第 41 卷第 9 期 ㊀ 2016 年 9月
JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY
煤㊀ ㊀ 炭㊀ ㊀ 学㊀ ㊀ 报
Vol. 41㊀ No. 9㊀ Sep. ㊀ 2016㊀
13225 / j. cnki. jccs. 2015. 1970 1970
杨超,黄达,黄润秋,等. 断续双裂隙砂岩三轴卸荷蠕变特性试验及损伤蠕变模型[ J] . 煤炭学报,2016,41(9) :2203-2211. doi:10. Yang Chao,Huang Da,Huang Runqiu,et al. Experimental study on the triaxial unloading creep characteristics of stone with two pre-existing cracks and its damage creep model[ J] . Journal of China Coal Society,2016,41 (9) :2203 -2211. doi:10. 13225 / j. cnki. jccs. 2015.
Abstract:In order to understand the unloading creep characteristics of fractured rock,the sandstone specimens with two pre-existing cracks were prepared,then the unloading creep test with the axial pressure remaining stationary and the lateral stress unloading gradually was performed in laboratory. The results show that for the deviator stress at failure,the minimum value was found for low-low angle type specimen and high-low angle type specimen,followed by high-high angle type specimen and intact sandstone. Under the same stress level,the maximum value of instantaneous strain and creep strain were found for low-low angle type specimen,followed by high-low angle type specimen,highhigh angle type specimen and intact sandstone. The traditional element models were presented for the creep curves of all specimens,the results show that the intact specimens and fractured specimens have the same form of constitutive model,just the parameters are different. Based on the research results,the fractured rock mass damage creep constitu收稿日期:2015 - 12 - 23㊀ ㊀ 修回日期:2016 - 06 - 22㊀ ㊀ 责任编辑:常㊀ 琛 ㊀ ㊀ 基金项目:国家自然科学基金资助项目(41130745,41172243,41602301) ㊀ ㊀ 作者简介: 杨 ㊀ 超 ( 1986 ) , 男, 湖 北 宜 昌 人, 讲 师㊂ E - mail: vanni1010 @ aliyun． com㊂ 通 讯 作 者: 黄 ㊀ 达 ( 1976 授㊂ E-mail:dahuang@ cqu． edu． cn
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Hale Waihona Puke Baidu
;锦
变形开裂现象迫使工程暂停施工并进行补强,而在这 在强度较高的硬性大理岩内发生是很难想象的 [3-4] ㊂ 利用损伤断裂力学理论, 在 Kelvin
1㊀ 试验概况
1． 1㊀ 试样设计与制备 为原样 , 通过 在 真 实 岩 石 材 料 中 预 制 裂 隙 , 从 而 制 成裂隙岩 样 ㊂ 已 有 工 程 资 料 和 相 关 研 究 成 果 均 表 明 , 由于河谷 下 切 或 工 程 开 挖 , 硬 性 岩 质 边 坡 中 常 形成走向近 平 行 于 坡 面 的 陡 ㊁ 缓 两 组 卸 荷 裂 隙 , 坡 体在重力作 用 下 沿 卸 荷 裂 隙 滑 移 , 导 致 陡 ㊁ 缓 裂 隙 间岩桥贯通而最终整体失稳 [8] ㊂ 基于此 , 为分析裂 隙倾角间的 相 互 关 系 对 岩 体 变 形 破 坏 特 征 的 影 响 规律 , 共设置了 3 种方案 :① 裂隙角度为 30ʎ - 30ʎ; ② 裂隙角度为 65ʎ - 10ʎ;③ 裂隙角度为 65ʎ - 65ʎ, 其分别代表了缓缓裂隙组合岩体 ㊁ 陡缓裂隙组合岩 体和陡陡裂隙组合岩体 3 种类型 ( 下文简称为缓缓 裂隙岩体 ㊁ 陡缓裂隙岩体和陡陡裂隙岩体 ) ㊂ 3 种方 案中 , 裂隙长度均为 25 mm, 裂隙间距 ( 两裂隙内部 顶端之间的距离 ) 均为 30． 1 mm㊂ 图 1 为 3 种方案 裂隙几何模型及相应裂隙岩体试样㊂ 双裂隙岩体的 断续双裂 隙 岩 体 的 制 作 以 重 庆 江 北 机 场 砂 岩
Experimental study on the triaxial unloading creep characteristics of stone with two pre-existing cracks and its damage creep model
(1 . Key Laboratory of Geological Hazards on Three Gorges Reservoir Area,Ministry of Education, China Three Gorges University, Yichang ㊀ 443002, China;2 . tion,Chengdu University of Technology,Chengdu㊀ 610059,China)
黏弹性模型的基础上, 通过组合塑性损伤断裂元件, 建立了裂隙岩体损伤耦合的黏弹塑性流变模型;赵延 林等 与断裂韧度试验,并运用断裂力学的原理得到了裂纹 尖端蠕变断裂应力强度因子与分支裂纹长度间的关 系㊂ Li 和 Konietzky
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对岩石和类岩石材料进行了亚临界裂纹扩展
展时间预测模型并实现了模型的程序化计算㊂ 对国 内外研究现状分析看出,由于含天然裂隙的岩体不易 获取且很难具有规律性,再加上现有技术直接在岩石 材料上制取人工裂隙存在困难,试验大多采用相似模 型材料而非真实岩石材料㊂ 另外从试验加载路径来 看,因为三轴试验中很难直接观测到裂纹的扩展情 况,研究中采用单轴或双轴压缩较多, 而对三轴压缩 条件下的流变试验开展相对较少㊂
[1]
煤㊀ ㊀ 炭㊀ ㊀ 学㊀ ㊀ 报
2016 年第 41 卷
挖还是地下工程施工都至少为一个方向的应力卸荷 过程,因此本文以重庆江北机场砂岩为原样, 通过对 原岩样切割充填水泥砂浆形成裂隙试样并开展三轴 卸荷蠕变试验,从变形㊁卸荷破坏应力水平㊁破坏形态 以及蠕变本构模型等方面展开了研究,并利用损伤力 学原理建立了裂隙岩体损伤蠕变本构模型,对完整岩 石与裂隙岩体间本构模型的相关关系进行了探讨㊂