巖石流變力學(xué)特征及其長期強(qiáng)度研究

1、 巖石流變力學(xué)特征及其長期強(qiáng)度研究講解者: 目錄目錄概述概述1巖石流變巖石流變2巖石的長期強(qiáng)度巖石的長期強(qiáng)度3巖石長期強(qiáng)度的確定方法巖石長期強(qiáng)度的確定方法4巖石長期強(qiáng)度的指導(dǎo)意義巖石長期強(qiáng)度的指導(dǎo)意義52 巖石流變特性是巖石的重要特性之一，已有的研究成果表表明，在許多巖石中都存在著流變特征。隨著巖體工程規(guī)模的擴(kuò)大以及采礦工程向深部的推進(jìn)，巖石流變性質(zhì)的研究與工程應(yīng)用越來越得到重視，有關(guān)巖石材料流變形態(tài)的資料和成果也日漸豐富和完善。巖體在流變過程中的長期強(qiáng)度一直是工程技術(shù)人員和科研人員關(guān)注的重要問題，它是評價(jià)工程長期穩(wěn)定性的重要參量。一般情況下，當(dāng)荷載達(dá)到巖石的峰值強(qiáng)度（通常指巖石單軸抗壓強(qiáng)度）

2、時(shí)，巖石發(fā)生破壞。在巖石承受荷載低于其峰值強(qiáng)度的情況下，如持續(xù)作用較長時(shí)間，由于流變作用，巖石也可能發(fā)生破壞。一、概述流變的概念 流變性質(zhì)是指材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系與時(shí)間因素有關(guān)的性質(zhì)，材料變形過程具有時(shí)間效應(yīng)的現(xiàn)象稱為流變現(xiàn)象。 在流變學(xué)中，流變性主要研究材料流變過程中的應(yīng)力、應(yīng)變和時(shí)間的關(guān)系，用應(yīng)力、應(yīng)變和時(shí)間組成的流變方程來表達(dá)。二、巖石流變二、巖石流變巖石流變巖石流變彈性后效應(yīng)力松弛蠕變1 1、蠕變：、蠕變：在常值應(yīng)力持續(xù)作用下，巖體變形隨時(shí)間而持續(xù)增長發(fā)展的過程。2 2、應(yīng)力松弛：、應(yīng)力松弛：在常值應(yīng)變水平條件下，巖體應(yīng)力隨時(shí)間而不斷地有一定程度衰減變化的過程。3、彈性后效彈性后效：加

3、載或卸載時(shí)，變形滯后于應(yīng)力延遲恢復(fù)的現(xiàn)象。巖石流變巖石流變狹義的流變即指蠕變典型蠕變曲線典型蠕變曲線第一蠕變階段：如ab曲線段，應(yīng)變速率隨時(shí)間增加而減小，故又稱為減速蠕變階段或初始蠕變階段。第二蠕變階段：如bc曲線段，應(yīng)變速率保持不變，故又稱為等速蠕變階段。第三蠕變階段：如cd曲線段，應(yīng)變速率迅速增加直到巖石破壞，故又稱為加速蠕變階段。tabcd蠕變類型蠕變類型 蠕變試驗(yàn)表明，當(dāng)巖石在某一較小的恒定載荷持續(xù)作用下，其變形量雖然隨時(shí)間增長有所增加，但蠕變變形的速率則隨時(shí)間增長而減少，最后變形趨于一個(gè)穩(wěn)定的極限值。這種蠕變稱為穩(wěn)定蠕變。 如果蠕變不能穩(wěn)定于某一極限值，而是無限增長直到破壞，這種蠕變

4、稱為不穩(wěn)定蠕變。典型蠕變即不穩(wěn)定蠕變。 彈性原件塑性原件黏性原件流變模型理論 在流變學(xué)中，所有的流變模型均可由三個(gè)基本原件組合而成：彈性元件：胡克體K力學(xué)模型應(yīng)力-應(yīng)變曲線彈性元件：胡克體胡克體有以下幾種性能:1、只要不為零，就不為零，說明無彈性后效；2、應(yīng)變恒定時(shí)，應(yīng)力保持不變，即無應(yīng)力松弛：3、應(yīng)力恒定時(shí)，應(yīng)變保持不變，即無蠕變性質(zhì)。塑性元件：滑塊力學(xué)模型應(yīng)力-應(yīng)變曲線ss塑性元件：滑塊塑性體有以下幾種性能:1、s時(shí)，不確定;3、s為材料的屈服極限。黏性元件：牛頓體力學(xué)模型應(yīng)變-時(shí)間曲線t黏性元件：牛頓體1、應(yīng)力為常數(shù)0時(shí)，應(yīng)變與時(shí)間有關(guān)；2、牛頓體無彈性后效，有永久變形;3、無應(yīng)力松弛。

5、牛頓體有以下幾種性能: 注意：巖石的性質(zhì)都不是單一的，必須對三種元件進(jìn)行組合，才能準(zhǔn)確描述巖石的特性。三、巖石的長期強(qiáng)度 巖石的長期強(qiáng)度是指巖石在長期荷載作用下抵御破壞的強(qiáng)度值，巖石在長期荷載作用下會(huì)產(chǎn)生蠕變效應(yīng)，故而把蠕變強(qiáng)度作為巖石的長期強(qiáng)度。 巖石既可發(fā)生穩(wěn)定蠕變也可發(fā)生不穩(wěn)定蠕變，這取決于巖石應(yīng)力的大小。超過某一臨界應(yīng)力時(shí)，蠕變向不穩(wěn)定蠕變發(fā)展。小于此臨界應(yīng)力時(shí)，蠕變按穩(wěn)定蠕變發(fā)展。通常稱此臨界應(yīng)力為巖石的長期強(qiáng)度。ABCt 注意：巖石的長期強(qiáng)度是指臨界應(yīng)力。四、巖石長期強(qiáng)度確定方法 過去確定巖石的長期強(qiáng)度時(shí)，都是根據(jù)軸向穩(wěn)定蠕變的閾值應(yīng)力來確定的，而且都認(rèn)為：巖石應(yīng)力一旦達(dá)到第二階段

6、蠕變的閾值應(yīng)力，其蠕變變形會(huì)隨時(shí)間不斷增長，最終發(fā)展成加速蠕變的第三階段，從而導(dǎo)致巖石的蠕變破壞。 確定長期強(qiáng)度最直接準(zhǔn)確的方法是通過對巖石進(jìn)行一系列不同應(yīng)力水平的單級恒定荷載試驗(yàn)，直至巖石最后破壞，然后取破壞前受荷載時(shí)間足夠長的荷載最小值定為巖石長期強(qiáng)度。五、巖石長期強(qiáng)度的指導(dǎo)意義 巖石的長期強(qiáng)度對工程 建筑物，如地下洞室、邊坡、壩基穩(wěn)定等設(shè)計(jì)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義，通過對各類巖石長期強(qiáng)度的研究，得到巖石長期強(qiáng)度與巖石的堅(jiān)硬程度和風(fēng)化程度有關(guān)。通過實(shí)驗(yàn)方法得到巖石的長期強(qiáng)度值，以保證在流變較明顯的地區(qū)，工程建筑物處于長期安全運(yùn)行之中。 假如我們知道了各類巖石的長期強(qiáng)度，即可以充分利用，使外部荷載永遠(yuǎn)小于或接近于這個(gè)強(qiáng)度，這樣所建設(shè)的工程將長期處于安全運(yùn)行中，這就是人們所期望的經(jīng)濟(jì)、安全、穩(wěn)妥、可靠的放心工程。結(jié)論 通過對巖石的