岩石流变力学特征及其长期强度研究.ppt

岩石流变力学特征及 其长期强度研究 讲解者: 目录 概述 1 岩石流变 2 岩石的长期强度 3 岩石长期强度的确定方法 4 岩石长期强度的指导意义 5 * 岩石流变特性是岩石的重要特性之一，已有的研究成果表表明，在许多岩石中都存在着流变特征。随着岩体工程规模的扩大以及采矿工程向深部的推进，岩石流变性质的研究与工程应用越来越得到重视，有关岩石材料流变形态的资料和成果也日渐丰富和完善。岩体在流变过程中的长期强度一直是工程技术人员和科研人员关注的重要问题，它是评价工程长期稳定性的重要参量。一般情况下，当荷载达到岩石的峰值强度（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峰值强度的情况下，如持续作用较长时间，由于流变作用，岩石也可能发生破坏。 一、概述 流变的概念 流变性质是指材料的应力--应变关系与时间因素有关的性质，材料变形过程具有时间效应的现象称为流变现象。 在流变学中，流变性主要研究材料流变过程中的应力、应变和时间的关系，用应力、应变和时间组成的流变方程来表达。 二、岩石流变 岩石流变 弹性后效 应力松弛 蠕变 1、蠕变：在常值应力持续作用下，岩体变形随时间而持续增长发展的过程。2、应力松弛：在常值应变水平条件下，岩体应力随时间而不断地有一定程度衰减变化的过程。3、弹性后效：加载或卸载时，变形滞后于应力延迟恢复的现象。 岩石流变 狭义的流变即指蠕变 典型蠕变曲线 第一蠕变阶段：如ab曲线段，应变速率随时间增加而减小，故又称为减速蠕变阶段或初始蠕变阶段。 第二蠕变阶段：如bc曲线段，应变速率保持不变，故又称为等速蠕变阶段。 第三蠕变阶段：如cd曲线段，应变速率迅速增加直到岩石破坏，故又称为加速蠕变阶段。 蠕变类型 蠕变试验表明，当岩石在某一较小的恒定载荷持续作用下，其变形量虽然随时间增长有所增加，但蠕变变形的速率则随时间增长而减少，最后变形趋于一个稳定的极限值。这种蠕变称为稳定蠕变。 如果蠕变不能稳定于某一极限值，而是无限增长直到破坏，这种蠕变称为不稳定蠕变。典型蠕变即不稳定蠕变。 弹性原件 塑性原件 黏性原件 流变模型理论 在流变学中，所有的流变模型均可由三个基本原件组合而成： 弹性元件：胡克体 弹性元件：胡克体 胡克体有以下几种性能: 1、只要σ不为零，ε就不为零，说明无弹性后效； 2、应变恒定时，应力保持不变，即无应力松弛： 3、应力恒定时，应变保持不变，即无蠕变性质。 塑性元件：滑块 塑性元件：滑块 塑性体有以下几种性能: 1、σσs时，ε=0； 2、σσs时，ε不确定; 3、σs为材料的屈服极限。 黏性元件：牛顿体 黏性元件：牛顿体 1、应力为常数σ0时，应变与时间有关； 2、牛顿体无弹性后效，有永久变形; 3、无应力松弛。 牛顿体有以下几种性能: 注意：岩石的性质都不是单一的，必须对三种元件进行组合，才能准确描述岩石的特性。 三、岩石的长期强度 岩石的长期强度是指岩石在长期荷载作用下抵御破坏的强度值，岩石在长期荷载作用下会产生蠕变效应，故而把蠕变强度作为岩石的长期强度。 岩石既可发生稳定蠕变也可发生不稳定蠕变，这取决于岩石应力的大小。超过某一临界应力时，蠕变向不稳定蠕变发展。小于此临界应力时，蠕变按稳定蠕变发展。通常称此临界应力为岩石的长期强度。 注意：岩石的长期强度是指临界应力。 四、岩石长期强度确定方法 过去确定岩石的长期强度时，都是根据轴向稳定蠕变的阈值应力来确定的，而且都认为：岩石应力一旦达到第二阶段蠕变的阈值应力，其蠕变变形会随时间不断增长，最终发展成加速蠕变的第三阶段，从而导致岩石的蠕变破坏。 确定长期强度最直接准确的方法是通过对岩石进行一系列不同应力水平的单级恒定荷载试验，直至岩石最后破坏，然后取破坏前受荷载时间足够长的荷载最小值定为岩石长期强度。 五、岩石长期强度的指导意义 岩石的长期强度对工程 建筑物，如地下洞室、边坡、坝基稳定等设计有着重要的现实意义，通过对各类岩石长期强度的研究，得到岩石长期强度与岩石的坚硬程度和风化程度有关。通过实验方法得到岩石的长期强度值，以保证在流变较明显的地区，工程建筑物处于长期安全运行之中。 假如我们知道了各类岩石的长期强度，即可以充分利用，使外部荷载永远小于或接近于这个强度，这样所建设的工程将长期处于安全运行中，这就是人们所期望的经济、安全、稳妥、可靠的放心工程。