第3章节岩石流变力学课件幻灯片.ppt

第 3 章 岩石流变力学 （1）解析解法: 3.5 粘弹性问题的解法 第 3 章 岩石流变力学 （1）解析解法: 3.5 粘弹性问题的解法 第 3 章 岩石流变力学 （1）解析解法: 3.5 粘弹性问题的解法 第 3 章 岩石流变力学 （1）解析解法: 3.5 粘弹性问题的解法 第 3 章 岩石流变力学 （2）数值解法: 数值解法概述:对时间实行有限差分，在每一时段内，设应力不变，计算相应的流变应变，将流变应变看作为初应变,采用非线性分析中的初应变法, 计算虚拟流变应力, 计算相应的流变等效载荷,并同时相应调整单元应力,在相同的边界条件下,求解等效载荷作用下的变形方程，并按时间步长循环至时间终了为止。 3.5 粘弹性问题的解法 第 3 章 岩石流变力学 3.5 粘弹性问题的解法 第 3 章 岩石流变力学 （1）软岩 定义:在高地应力、地下水和强风化作用下，具有显著渗流、膨胀、或崩解性的软弱、破碎、风化和节理化围岩，简称为不稳定围岩岩体。 基本力学特性：强度低，孔隙率高，容重小，渗水，吸水性好，易风化，易崩解，具有显著的膨胀性和明显的时效特性，作为工程材料，其稳定性差。 3.6 软岩与膨胀岩 第 3 章 岩石流变力学 （2）膨胀岩 定义：指在水的物理化学作用下易产生体积增加，碎裂和分解的一类岩石。 涉及工程地质学、岩石力学、岩石学、矿物学、物理化学等学科。 膨胀机制：（1） 化学转化膨胀岩，如硬石膏，无水芒硝等吸水变相和结晶引起的，体积增加61%. CaSO4(46cm3)+2H2O(36cm3)CaSO4 . 2H2O(74cm3) (2)含有较多强亲水矿物的黏土质岩石,例如:蒙脱石,伊利石和高岭土等. 3.6 软岩与膨胀岩 第 3 章 岩石流变力学 （2）膨胀岩 力学特性:用土固结仪测定岩样浸水后体积不变时所需要的外加压力,工程上称为膨胀压力. 膨胀岩中地下洞室的变形破坏机制 物理化学效应:由于吸水使围岩膨胀、软化、崩解。 力学效应：围岩塑性破坏及剪涨扩容，使岩体结构破坏。 理论预测模型 陈宗基(1983) 3.6 软岩与膨胀岩 第 3 章 岩石流变力学 （2）膨胀岩 理论预测模型 孙均 式中:A为膨胀参数,?s为膨胀泊松比 3.6 软岩与膨胀岩 第 3 章 岩石流变力学 3.1 引言 3.2 岩石的基本流变特性与实验 3.3 岩石蠕变的本构模型 3.4 复杂系统的性态 3.5 粘弹性问题的解法 3.6 软岩和膨胀岩 第 3 章 岩石流变力学 1983年,Muller在第5届国际岩石力学大会上,指出:“对自然界作了不允许的简化而使人们的观点混乱的例子是忽略了时间因素对岩体性状的影响”. 研究流变的重要意义: 事例:1980年,湖北省盐池磷矿,160m高,体积约100万方的山体突然崩塌,四层楼被抛至对岸,造成重大伤亡. 矿山顶板跨落,顶板动态仪原理与来压预报. 巷道支护设计,支护时间的确定. 3.1 引言 第 3 章 岩石流变力学 基本概念: 蠕变: 研究在恒定载荷作用下,随着时间的延续,岩石的变形情况. ?=const, ?= ?(t) 松弛:在恒定变形条件下,岩石的应力随时间的变化, ? =const, ? = ?(t) 弹性后效:指加卸载后经一段时间应变才增加(或减少)到应有的数值的现象. 上述种种都属于流变问题. 3.1 引言 第 3 章 岩石流变力学 蠕变实验环境要求：恒温、恒湿、恒定载荷，测试仪器和元件稳定性极高，精度高。 蠕变实验机的类型：单轴压缩；梁式三点弯曲；扭转；剪切；假三轴实验，高温高压蠕变实验。 加载方式：重力加载，采用杠杆式加载 特点：载荷稳定，载荷小。 液压加载气体稳压， 特点：载荷稳定差，载荷大，耗资大。 松弛方面的实验少见。 3.2 岩石的基本流变特性与实验 第 3 章 岩石流变力学 3.2 岩石的基本流变特性与实验 几种岩石的蠕变曲线 第 3 章 岩石流变力学 3.2 岩石的基本流变特性与实验 岩石的典型蠕变曲线 第 3 章 岩石流变力学 3.2 岩石的基本流变特性与实验 第 3 章 岩石流变力学 3.2 岩石的基本流变特性与实验 岩石的典型蠕变曲线 第 3 章 岩石流变力学 3.2 岩石的基本流变特性与实验 岩石的典型蠕变曲线 第 3 章 岩石流变力学 蠕变基本特征: 稳定蠕变: 在一定的应力水平下,蠕变变形逐渐减小,最终达到一极限值,称做稳定蠕变. 不稳定蠕变: 当载荷较大时,蠕