第四章 岩石得蠕变.doc

五、岩石得蠕变蠕变特征岩石蠕变得概念在应力不变得情况下,岩石变形随时间t而增长得现象。即随时间而变化。②岩石蠕变类型有两种类型:稳定型蠕变非稳定型蠕变稳定型蠕变:在恒定应力作用下,变形速率随时间递减,最终趋于零,即,变形区域稳定。一般在较小应力下或硬岩中。非稳定型蠕变:岩石在恒定应力作用下,岩石变形随时间不断增长,直至破坏。一般为软弱岩石或应力较大。③蠕变曲线变化特征岩石得蠕变曲线可分为三个阶段:Ⅰ阶段:初期蠕变。应变-时间曲线向下弯曲,应变速率由大变小。属弹性变形。Ⅱ阶段:等速蠕变。应变-时间曲线近似直线,应变随时间呈近于等速增长。出现塑性。Ⅲ阶段:加速蠕变。应变-时间曲线向上弯曲,其应变速率加快直至破坏。应指出,并非所有得蠕变都能出现等速蠕变阶段,只有蠕变过程中结构得软化与硬化达到动平衡,蠕变速率才能保持不变。在Ⅰ阶段,如果应力骤降到零,则-t曲线具有PQR形式,曲线从P点骤变到Q点,PQ=为瞬时弹性变形,而后随时间慢慢退到应变为零,这时无永久变形,材料仍保持弹性。在Ⅱ阶段,如果把应力骤降到零,则会出现永久变形,其中TU=。④不同应力下得蠕变岩石蠕变速率与应力大小有直接关系。低应力时,应变速度变化缓慢,逐渐趋于稳定。应力增大时,应变速率增大。高应力时,蠕变加速,直至破坏。应力越大,蠕变速率越大,反之愈小。岩石长期强度:指岩石由稳定蠕变转为非稳定蠕变时得应力分界值。即,岩石在长期荷载作用下经蠕变破坏得最小应力值(或)岩石极限长期强度:指长期荷载作用下岩石得强度。蠕变经验公式由于岩石蠕变包括瞬时弹性变形、初始蠕变、等速蠕变与加速蠕变,则在荷载长期作用下,岩石蠕变得变形可用经验公式表示为:=+++-瞬时变形;-初始蠕变;-等速蠕变;-加速蠕变。对于前两个阶段,目前得经验公式主要有三种:①幂函数取第一阶段:;第二阶段:,> 、就是试验常数,其值取决于应力水平、材料特性以及温度条件。②对数函数:B、D就是与应力有关得常数。③指数函数,或A为试验常数,就是时间t得函数伊文思(Evans)对花岗岩、砂岩与板岩得研究:,C为试验常数,n=0、4;而哈迪(Hardy)给出经验方程,,A、C为试验常数。3、蠕变理论模型(理论公式)(1)基本模型由于岩石材料具有弹性、刚性、粘性与塑性,目前采用简单得机械模型来模拟材料得某种性状。将这些简单得机械模型进行不同得组合,就可以得到岩石得不同蠕变方程式,以模拟不同得岩石蠕变。常用得简单模型有两种:一种就是弹性模型,另一种就是粘性模型。弹性模型这种模型就是线弹性得,完全服从虎克定律,其应力-应变为正比关系:这种模型可用刚度为G得弹簧来表示。粘性模型或称粘性单元,这种模型完全服从牛顿粘性定律,其应力与应变速率成正比,可表示为: -粘滞系数(MPa或)这种模型称为牛顿物质,它可用充满粘性液体得圆筒形容器内得有孔活塞(称为缓冲壶)来表示。