岩石流变力学-实验

岩石流变力学1绪论2岩石流变的力学特性3岩石流变本构理论4岩石流变问题解析方法5岩石流变问题数值方法6岩石流变试验7岩体蠕变现场试验与变形时效监测8岩石流变问题的工程应用最早的流变实验出现在1901年，研究灰岩在静水压力作用下变形与破坏的时间效应。随着岩体工程中一些重大事故的发生，使人们认识到岩石长期变形流动与时效强度的重要性，推动了对岩石流变学的研究。国内以陈宗基为代表的流变学派，先后在葛洲坝、三峡、大冶铁矿、金川镍矿进行过大型现场剪切流变、三轴流变原位试验。6岩石流变室内试验6.1概述在流变试验中：1、蠕变试验与松弛试验是等价的，蠕变试验易做，松弛试验难做，故主要进行蠕变试验；2、采用单试件分级加载，即“陈氏加载法”能大大节省试验时间；3、对某些类型的岩石，可以利用时温等效原理，用温度换时间，可大大缩短试验周期，提高效率；4、将有限范围的流变试验，通过类推进行时空延拓。由于岩石流变室内试验的试件小，应变小，测试时间长，因此试件、试验设备和试验环境必须满足下列条件：①试件加工精度要高；②试验环境（温度和湿度）可以准确控制；③荷载稳定性好；④测试应力和变形稳定性强，精度高。6.2岩石流变试验要求6.3岩石流变试验类型及试验数据分析单轴压缩蠕变试验双轴压缩蠕变试验三轴压缩蠕变试验剪切蠕变试验扭转蠕变试验弯曲蠕变试验松弛试验主要有两大类：蠕变试验和松弛试验。6.3.1蠕变试验1、单轴压缩加恒载0)()()(tftJtf个试件，求平均。。每组做，可求出根据，，，可求得，再通过拟合试验权据若设5~3)1(1)(:kEEkkcEecEtJkt00)(tot654321......2、单轴压缩比例加载（陈氏加载法）o1t2tt1t2tt3to231）加下级载荷时，前级载荷已进入稳态蠕变；2）每级载荷等时间间隔。3、三轴压缩蠕变试验1t2tt3t23231t2t3t6.3.2松弛试验0)()()(tftEtf。，可求出，根据，，，，通过拟合可求得若设121212122)1()(:EEEEcEEkkcEecEtftk0000)(tot06.3.3由松弛试验结果得到蠕变试验线作用下得到一组松弛曲，，、在)321(10ii)(tot**1t*2t*3t*4t01020304)(tot*1t2t3t4t01020304假定在松弛试验中，总应变ε0可分解为内部应力σin引起的弹性应变εe和与能量损耗对应的等效应变εp两部分。piininpiinipidtdEEtt1|)()(2***0*2*1*③，②计算：①，时，不同曲线对应时间、当应力为pipop1)(1pop)(时的时间。的应力、应变达到即为作用、求iiitdtpi0*0)(13o1t)(t2tt3t4t0102*6.4时温等效原理达到同样试验结果可利用提高温度缩短试验观测时间的方法来获得，即可以利用一系列不同温度的试验曲线叠合形成某一温度下的完整曲线。；时的松弛：设在温度为方程计算平移因子通常采用101121221121nl)()(nlWLFteTaTTCTTCtt)()(nl)(nl)()(nl)(nl)(2200211001021210201212211022022112TVTVBTTVTVBTeTtteettEEeTttVVBtttt使：，则存在，为松弛时间。，其中，。时的松弛：在温度为)(C,)(1Cnl)(C)(C)]()()[()()()(nl)()()()()()(1)(1)()()()()()(nl222121221121222121212121212122011021TfTfaTTTTTTTfTfTTTTTTTfTfTfTfTTTfTfTVTBVTVTBVTTtt其中：则：时，两式相减得：o1Tnltnl1T2Taa6.5岩石流变试验设备岩石流变试验设备的关键是所加荷载（应力或应变）的长期稳定。加载方法主要有：1.砝码——杠杆加载系统2.液压千斤顶辅以手工增加补偿压力3.弹簧加载4.油——气储能器稳定载荷装置5.闭环式伺服液压加载岩石的流变试验设备主要有两种类型：蠕变仪和松弛仪。垫板单轴压缩蠕变实验设备示意图竖向力臂质量块支架可伸缩杠杆底座调节装置试件导向轴手动千斤顶单轴压缩砝码——杠杆加载原理示意图单轴压缩砝码——杠杆加载三维视图原联邦德国地学与自然资源研究所常温下岩盐单轴压缩蠕变试验支架。每一加载支架可进行5个试样的蠕变试验。单轴压缩弹簧加载试验装置1—立柱，2—上横梁，3—下横梁，4—弹簧座，5—试件，6—承压块，7—千分表，8—拧紧螺母，9—压力传感器，10—千分表，11—底座双轴压缩蠕变试验机（长春试验机研究所）1—保温筒；2—小活塞；3—油压室；4—大活塞；5—温度传感器；6—传压柱；7—试件；8—承压座；9—应变片引线；10—加温电炉（1000W）；11—温度控制仪；12—预调平衡箱；13—切换控制器；14—静动态电阻应变仪；15—液压控制台可加温单轴、三轴压缩蠕变试验装置一般三轴压缩蠕变试验装置单轴压缩松弛仪1—电机2—减速齿轮3—螺旋千斤顶4—数字应变仪5—载荷传感器6—试样岩石剪切流变仪岩石扭转流变仪4种岩石蠕变试验曲线泥岩应力松弛试验曲线红砂岩应力松弛试验曲线6.6岩石长期强度确定确定方法一般情况下，当荷载达到岩石瞬时强度（通常指岩石单轴抗压强度）时，岩石发生破坏。在岩石承受荷载低于其瞬时强度的情况下，如持续作用较长时间，由于流变作用，岩石也可能发生破坏。因此，岩石的强度是随外载作用时间的延长而降低，通常把作用时间t→∞的强度称之为岩石的长期强度。长期强度的确定方法有两种：一种方法可以通过各种应力水平长期恒载蠕变试验得出。tte)(0长期强度曲线方程可如下指数函数表示：另一种方法是通过不同应力水平蠕变试验，得出不同时刻的应力应变曲线。岩石名称粘土石灰岩盐岩砂岩白垩粘质页岩0.740.730.700.650.620.500/几种岩石长期强度与瞬时强度比值