三轴压缩条件下灰岩力学特性试验及力学模型研究-数学进展-长江.pdfVIP

　 第３０卷第３期 长　江　科　学　院　院　报 Ｖｏｌ．３０　Ｎｏ．３　　 　　２０１３年 ３月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｍａｒ．２０１３　 　 　　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－５４８５．２０１３．０３．００７ ２０１３，３０（０３）：３０－３４ 三轴压缩条件下灰岩力学特性试验 及力学模型研究 武　尚，刘佑荣，李世佳 （中国地质大学 工程学院 ，武汉　４３００７４） 摘要：以重庆武隆地区二叠系灰岩作为研究对象，通过三轴试验对该地区的灰岩屈服强度、峰值强度、残余强度与 围压的关系进行了探讨。根据塑性力学的相关理论，将灰岩０～１５ＭＰａ围压下的应力 －应变曲线划分了孔隙压 密、弹性、屈服、软化以及流塑５个变形阶段，提出了灰岩各阶段的力学模型。并且特别讨论了灰岩力学模型屈服 和软化２个代表性阶段。在屈服阶段，利用主应变作为重要参数，结合Ｍｉｓｅｓ和ＭｏｈｒＣｏｕｌｏｍｂ屈服准则，建立了屈 服阶段的非线性本构方程；在软化阶段，根据ＭｏｈｒＣｏｕｌｏｍｂ屈服准则和塑性软化理论，推导出了软化阶段的本构方 程。结果表明，所建立的本构方程和试验结果相吻合，具有较高的准确性和实用性，可为类似的边坡稳定性研究提 供重要的参考价值。 关　键　词：岩石力学；灰岩；三轴试验；应力－应变关系；力学模型 中图分类号：ＴＵ４５　　　文献标志码：Ａ　　　文章编号：１００１－５４８５（２０１３）０３－００３０－０５ 据应力－应变曲线，建立了灰岩在弹性阶段、软化阶 １　研究背景 段、塑性流动阶段的线性本构方程，以及屈服阶段的 非线性本构方程，并确定了相关参数。 随着人类工程活动的不断增加，现代工程已深入 到许多由厚层岩体组成的高陡边坡，这类边坡在各种 自然和人类活动因素的影响下极易发生滑、塌事故。 ２　试验过程 为避免该类事故的发生，对相关岩体的力学特性研究 本次试验是在中国地质大学岩石力学实验室的 显得极为重要，目前已有很多国内外专家、学者对厚 ＩＮＳＴＲＯＮ－１３４６型电液伺服岩石试验系统上完成。 层岩体的力学特性模型进行了大量研究［１－６］。 试样为采自重庆武隆鸡尾山滑坡滑床附近的灰岩， ［７］ 黄文熙 引入了增量弹塑性理论来建立数学 主要成份为生物碎屑和胶结物，生物屑约占岩体的 模型，为计算机对岩体力学特性的数值模拟提供了 ２０％左右，胶结物约占８０％左右，主要胶结物为微 ［８］ 基础；卢允德等 以大理岩在三轴试验条件下应力 晶和泥晶方解石。试件制成直径 ５０ｍｍ，高 应变关系为基础，提出了双线弹性 －线性软化 －残 １００ｍｍ，符合国际岩石力学学会的１∶２标准。根据 余理想塑性四线性模型，并建立了各阶段的本构方 实际采样区域的地应力反演结果并结合 ＩＮＳＴＲＯＮ ［９］ 程；黄润秋等 通过对三峡坝区花岗岩在卸荷条件 －１３４６试验仪器的围压分布情况，每组试样所施加 下应力－应变曲线的研究，将 Ｇｒｉｆｆｉｔｈ和ＭｏｈｒＣｏｕ 的围压设定为分３，６，９，１２，１５ＭＰａ５个等级。 ｌｏｍｂ屈服准则相结合建立了卸荷条件下岩石屈服 ［１０］ 阶段非线性本构方程。另外，李建林 ，何江 ［１１］ ［１２］ ［１３］ ３　试验结果分析 达 ，赵明阶 ，Ｅｎｒｉｃｏ 等，均对岩体的本构关 系研究做了很大贡献。但是，由于岩石种类和所处