基于应变屈服临界的岩石黏弹塑性蠕变模型研究-长江科学院院报.PDF

　 第３４卷第１１期 长　江　科　学　院　院　报 Ｖｏｌ．３４　Ｎｏ．１１　　 　　２０１７年１１月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｎｏｖ．２０ １７　 　 － 　　ｄｏｉ：１０．１１９８８／ｃｋｙｙｂ ２０１７，３４（１１）：８９９５ 基于应变屈服临界的岩石黏弹塑性 蠕变模型研究 １ａ １ｂ ２ １ａ １ａ １ａ 蒋昱州 ，王　奔 ，王瑞红 ，卢　波 ，李　聪 ，朱杰兵 （１．长江科学院ａ．水利部岩土力学与工程重点实验室；ｂ．信息中心，武汉　４３００１０； ２．三峡大学 三峡库区地质灾害教育部重点实验室，湖北 宜昌　４４３００２） 摘　要：为了研究岩石的非线性加速蠕变特性，依据岩石蠕变变形不同阶段的力学特征，划分出了岩石由变形发展 至破裂需经历的不同黏弹塑性状态，并给出了相应状态的蠕变力学特性。假定岩石在三轴压缩试验条件下，发生 延性剪切破坏，推导了应变空间ＤｒｕｃｋｅｒＰｒａｇｅｒ准则的临界状态转化的最大剪应变判别式。基于Ｐｅｒｚｙｎａ黏塑理 论，考虑后继屈服硬化作用，引入统计损伤因子，构建了能描述非线性加速蠕变特性的黏弹塑性损伤演化模型；采 用岩石全自动伺服三轴蠕变试验机对三峡库区典型砂岩试样开展了蠕变试验，得到了岩石试样在不同应力水平作 用下的蠕变变形曲线。结果表明：蠕变试验中，岩样力学性质的时效特征显著，在最后一级应力水平作用下发生了 非线性加速蠕变现象。基于提出的黏弹塑性蠕变模型对试验曲线进行拟合，拟合结果说明模型能够较好地反映砂 岩蠕变３个阶段变形的规律特征，拟合效果较好。 关键词：岩石力学；黏弹塑性；蠕变力学试验；损伤；本构模型 － － － 中图分类号：ＴＵ４５２　　　文献标志码：Ａ　　　文章编号２０１７ 锦屏大理岩的流变特征，以Ｃｒｉｓｔｅｓｃｕ本构模型为基 础提出了一种新的流变模型，并依据流变试验成果 １　研究背景 确定了模型对应的参数，所建立的模型既能够考虑 岩石蠕变力学特性研究是岩石力学中的重要课 卸荷应力路径的影响，同时也能较好地描述侧向流 － 题之一。近些年来，岩土工程的建设规模越来越大， 变变形规律。李建林等［５６］（２０１０，２０１２年）针对三 所面临的相关岩体力学问题也愈来愈复杂，岩土工 峡库区砂岩进行了较为系统的三轴卸载蠕变力学试 程安全与稳定性的时间效应问题日益引人关注。其 验研究，将损伤因子引入黏性参数进而描述加速阶 中在已经建成的工程中发生的时效特性问题更为突 段蠕变特性，构建了相应的非线性卸荷蠕变力学模 出，许多岩土工程的变形和失稳破坏并不是即刻发 型。朱杰兵等［７］（２０１０年）对锦屏水电工程典型的 生的，而是随着时间的推移逐渐萌育、发展而成 绿砂岩进行了逐级卸载围压应力条件下的蠕变力学 － 的［１３］。目前，在岩石实际工程计算与设计中常采 试验，从岩石材料的内部损伤角度出发，认为岩样的 用的本构模型与参数仍然是线弹性和弹塑性的，难 蠕