绿片岩三轴流变力学特性的研究(I):试验结果

为了解锦屏一级水电站坝基绿片岩的流变力学特性,采用岩石全自动流变伺服仪对绿片岩进行了三轴压缩流变试验。基于试验结果,研究了绿片岩在不同围压作用下的轴向应变以及侧向应变随时间的变化规律,讨论了流变特性对岩石应力-应变曲线的影响,探讨了不同应力水平下的轴向以及侧向流变速率变化趋势,分析了不同围压下流变的破裂机制,掌握了绿片岩三轴流变的基本规律,从而为该水电站工程流变数值分析时参数的辨识提供了可靠的依据。

绿片岩三轴流变力学特性的研究(II):模型分析

首先,基于在岩石全自动流变伺服仪上得到的绿片岩三轴流变试验曲线,采用五元件线性粘弹性模型对表现为粘弹性流变特性的曲线进行了辨识,获得了绿片岩的粘弹性流变参数;然后,提出了一个新的非线性粘性元件,并将其与塑性体并联起来,得到一个新的非线性粘塑性体(NVPB),该体能充分反映岩石的加速流变特性:同时,将NVPB模型与五元件粘弹性模型串联起来,建立了一个新的岩石七元件非线性粘弹塑性流变模型。采用绿片岩加速流变全过程曲线,对提出的岩石七元件非线性粘弹塑性流变模型进行了辨识,得到了岩石七元件非线性粘弹塑性流变模型的材料参数。流变模型与试验结果的比较,显示了所建模型的正确性与合理性。

饱和状态下硬岩三轴流变变形与破裂机制研究

利用岩石全自动流变伺服仪对饱和状态下坚硬大理岩和绿片岩进行了三轴压缩流变试验,基于得到的硬岩三轴流变试验结果,研究了硬岩在不同围压作用下的轴向应变以及侧向应变随时间的变化规律,从而为岩石工程流变数值分析时参数的辨识提供了可靠的试验依据。然后研究了硬岩轴向变形与侧向变形之间的关系,探讨了围压与粒径对岩石轴向以及侧向变形特性的影响规律,分析了岩石三轴流变过程中的塑性变形特性,讨论了流变应力水平对岩石侧向-轴向变形特性的影响规律。最后对不同围压作用下岩石流变破裂断口微细观特征进行了分析。

高围压岩石三轴流变试验仪研制

TLW-2000型岩石三轴蠕变试验仪是经科技部资助对原流变试验设备进行技术升级与改造项目的主要成果,能自动稳压、自动记录并能进行高围压三轴流变试验。介绍了该仪器的升级改造、各项性能指标校准及通过三轴流变试验对设备进行测试的情况。该设备稳压系统升级改造采用先进的伺服控制、滚珠丝杠和液压等技术组合,达到了良好的稳压效果。

海相软土三轴流变试验研究

采用应力控制式三轴流变仪对连云港海相软土进行试验,根据分级加载的方法,记录时间和土体的变形量、孔隙压力值,得到土体的应力-应变-时间关系曲线,从软土流变性质上分析解决软土地基工程事故,对海相软土的地基处理、海相软土地区高速公路和房屋建筑的设计施工有着重要的理论意义和工程指导意义。

大型三轴流变试验轴压及围压装置与应用

针对道路工程领域中高填路堤土体填料应力特点,提供一种新型粗粒土三轴流变试验的轴向压力和围压力装置,克服了现有粗粒土三轴流变试验中加载持久性及稳定性问题。采用该装置研制了适合粗粒土路堤填料的大型三轴流变试验仪(命名为GSRT),用于粗粒土路堤填料流变试验,为开展道路工程领域的粗粒土路堤填料三轴流变试验研究提供了工具。

乌江流域含炭质钙质页岩三轴流变力学特性分析

通过岩石三轴压缩流变试验,研究了含炭质钙质页岩在天然和饱和两种状态下的流变力学特性。获得了这两种状态下含炭质钙质页岩的流变试验曲线,分析并对比了分级加载条件下应变随时间的变化规律以及破裂应力水平下应变和应变速率随时间的变化规律,探讨了天然和饱和状态下含炭质钙质页岩流变破坏形式的异同,并得到了其长期强度值。同时,采用改进的非线性Burgers损伤流变模型对含炭质钙质页岩的流变全程曲线进行拟合,并对模型参数进行了辨识。通过对比可知,模型的拟合优度较高,能够较好的反映出天然和饱和状态下含炭质钙质页岩的流变变形特性。

RLW-2000岩石三轴流变试验系统研制

为研究深部高应力区以及卸荷等复杂应力条件下岩石流变特性,研制了RLW-2000岩石三轴流变试验系统。该试验系统采用先进的伺服电机、滚珠丝杠和液压等技术组合,配置进口原装全数字伺服控制器(EDC)和采用美国泰瑞泰克公司技术生产的变形测量装置。通过进行岩石三轴蠕变试验,对试验系统稳压性能、压力和变形测量系统以及岩石三轴流变试验功能进行了检验,检验结果表明其自动稳压、数据采集等整体性能良好。

岩石三轴流变扰动效应损伤演化特征试验研究

为了从微观损伤角度建立不同围压下岩石是否进入“强度极限邻域”的判别标准,对红砂岩进行常规三轴流变扰动逐级加载试验,通过核磁共振手段对流变扰动前后岩石进行分析对比,得到不同围压下T_(2)谱曲线、孔隙率、孔径分布。试验结果表明:①不同围压下的岩石存在一个流变应力阈值,当岩石应力状态小于该阈值时,施加扰动载荷T_(2)谱曲线第1,2谱峰高度均无明显的变化;当岩石应力状态大于该阈值时,T_(2)谱曲线第1,2谱峰出现突增现象,且产生新的谱峰曲线,同时T_(2)谱曲线发生向右偏移现象,说明该应力阈值是判别岩石是否进入“强度极限邻域”内、外的界限;②不同围压下岩石存在一个“强度极限邻域”界限范围,当纵向应力小于该应力时,T_(2)谱曲线谱峰总面积在扰动前后变化不明显,当纵向应力大于该应力时,T_(2)谱曲线谱峰总面积明显增大,且出现第3个T_(2)谱曲线谱峰面积,说明处于“强度极限邻域”外的岩石损伤较小,不易产生流变扰动破坏,反之会加大岩石内部损伤,最终致使岩石发生扰动失稳破坏;③岩石在围压0.5 MPa时比围压1.5,3.0 MPa下先进入“强度极限邻域”范围,围压的存在提高了岩石长期强度,随着围压的增大损伤逐渐减小;④核磁共振成像图谱清楚地反映出“强度极限邻域”内、外岩石孔隙结构变化特征。

冻粘土三轴流变特性的神经网络预测

针对冻粘土特殊的物理力学性质,通过详细的冻粘土三轴应力条件下长期蠕变实验,讨论了温度、轴压、围压三种因素对冻粘土蠕变特性的影响,并利用人工神经网络(ANN)方法对冻粘土三轴流变特性进行了预测,建立了BP网络模型,预测结果与实验值吻合,因而具有一定的理论和实用价值。

一种软粘土三轴流变试验的数值模拟技术

在进行软粘土三轴流变试验有限元数值模拟时,引进了切向弹性抗力约束和位移约束关联技术对试验机与试样的接触面进行模拟,研制了相应的有限元计算程序。以上海地区某软土工程的三轴流变试验为实例,进行了有限元数值模拟计算,计算结果与试验所得结果十分相吻合。

软土三轴流变试验的数值仿真

对软粘土三轴流变试验数值仿真时,引进了切向弹性抗力约束和位移约束关联技术对试验机与试样的接触面进行模拟,研制了相应的有限元计算程序。以上海地区某软土工程的三轴流变试验为实例,进行了有限元数值仿真计算,计算结果与试验所得结果十分相吻合。

风化破碎类花岗岩三轴流变试验研究

厦门海底隧道是我国建设的第一条海底公路隧道,其穿越的F1、F2、F3、F4四条断层破碎带处,洞体围岩软弱、破碎,流变属性十分明显。对该类岩石进行了室内三轴压缩流变试验,研究了岩石在不同围压和不同应力水平作用下轴向应变随时间的变化规律。试验结果表明,幂律型蠕变模型可以用来较好的模拟该类岩石除第三阶段蠕变以外的蠕变行为。

多功能岩石三轴流变仪及其在岩石力学中的应用

本文简要描述多功能岩石三轴流变仪的设计和加工.它可以研究围压、空隙压力、载荷时间和温度对岩石性状的效应、各种流体的软化效应及岩石的渗透性。在这种类型仪器的基础上,我们将进一步设计、加工三轴仪的系列产品,为国内外不同试验研究目的提供不同规格的三轴设备. 本文报导了在不同围压、空隙水压力、加载时间及温度下完整岩样的一些典型试验结果.作者将水压力变化特性与岩石蠕变、扩容及强度的性状相关联,并对岩样的体积变化机制做了扼要的分析,还介绍了水对岩石力学性质的软化作用.

3 GPa固体传压三轴流变仪实验方法介绍

介绍“3 GPa固体传压三轴流变仪”的结构、性能及其实验方法与用途,阐述在此设备上进行的关于深部(上地幔高温高压条件下)岩石流变特性的实验以及岩石蠕变.应力松驰现象的研究.

软土三轴流变试验的数值模拟技术

在进行软粘土三轴流变试验有限元数值模拟时,引进了切向弹性抗力约束和位移约束关联技术对试验机与试样的接触面进行模拟,研制了相应的有限元计算程序.以上海地区某软土工程的三轴流变试验为实例,进行了有限元数值模拟计算,计算结果与试验所得结果十分相吻合.

渗透压-应力耦合作用下泥岩三轴流变实验及其流变本构

渗透压与应力耦合作用下泥岩的流变实验及其本构研究,对岩土工程长期稳定性分析具有重要的意义.采用岩石温度-应力-渗流耦合三轴流变仪,对泥岩进行了渗透压-应力耦合作用下、干燥状态下两种状态的三轴流变试验,并对两种状态下流变破坏后泥岩断口进行了电镜扫描.研究结果表明:(1)渗透压-应力耦合作用下泥岩应变与时间关系实测曲线中应变曲线出现突变现象的次数明显高于干燥状态下泥岩的流变曲线,说明渗透压对泥岩具有较强的损伤效应;(2)因渗透压的作用,致使渗透压-应力耦合下泥岩在轴向应变、环向应变和体积应变总量上远大于干燥态流变岩样的应变总量,渗透压-应力耦合下泥岩发生流变破坏的应力荷载为干燥状态泥岩荷载的66.7%,渗透压对岩石强度有明显的减弱影响;(3)两种状态下流变破坏后泥岩断口进行电镜扫描后,细观破裂特性对比发现,在渗透压-应力耦合作用下,岩石强度加速降低;(4)对两种状态下泥岩试验成果的流变模型进行了预测,采用所提出的改进的西原本构模型来描述泥岩的流变变形行为,拟合结果显示:改进的西原本构模型能够较好地模拟两种状态下泥岩的全过程流变变形行为,并获得了流变变形特征的本构模型参数值,为渗透压-应力耦合下岩土体长期变形研究奠定了重要基础.

锦屏水电站绿砂岩三轴卸荷流变试验及非线性损伤蠕变本构模型研究

以锦屏二级水电站引水隧洞绿砂岩为研究对象,采用恒轴压、逐级卸围压的应力路径开展室内流变试验,研究卸荷条件下的轴向及侧向变形特征。成果表明:侧向塑性变形的发展速率明显比轴向快,岩样破坏前在侧向反应要比轴向更为明显。在对流变试验数据进行深入分析基础上,从材料损伤的角度出发,认为岩石流变力学参数随着黏性应变的负指数形式逐步弱化,从而建立起岩石损伤演化方程及变参数非线性Burgers模型。基于Levenberg-Marquardt(LM)算法,以残差平方和为目标函数,对试验数据开展相应拟合,所获得的参数可较好反映蠕变曲线的非线性特征。经比较,计算曲线与试验点曲线比较接近,说明该流变本构模型能较好的反映出锦屏绿砂岩在卸荷条件下的衰减蠕变阶段和稳定流变特性。

大岗山水电站坝区辉绿岩流变特性的三轴试验研究

为解决大岗山水电站坝基的辉绿岩的流变力学问题,利用RLW-1000三轴流变仪进行了不同应力路径下的三轴流变试验,得到了各工况下的应力-应变-时间曲线。结果表明:辉绿岩是典型的硬脆性岩石,存在明显的流变门槛值,破坏时表现为突发性的脆性破裂。在破裂应力水平下表现出减速蠕变、等速蠕变和加速蠕变,减速蠕变和加速蠕变历时都十分短暂。临近破裂时的横向蠕变速率均不同程度的大于轴向,这是导致岩石扩容的主要原因。由于流变过程中损伤不断发展,导致岩石整体强度下降,因此流变破坏强度普遍低于常规三轴压缩试验瞬时破坏强度。辉绿岩存在一定的蚀变现象,蚀变矿物呈细鳞片状集合体。由于蚀变带的存在,使得岩块的强度受到影响,岩石破裂极易发生在结晶程度较差的矿物颗粒部位或胶结程度较差的两种矿物接触部位。

双联动软岩渗流–应力耦合流变仪的研制

为研究软岩的长期力学特性,研制双联动软岩渗流–应力耦合三轴流变仪。该仪器特别适用于软岩、硬土在不同应力条件下的流变特性。仪器采用先进的伺服控制、滚珠丝杠和液压等技术组合,能自动稳压、自动记录应力–位移曲线、温度历时曲线。设备除了能够实现普通三轴试验机的功能,由于其独特的设计形式,还可以同时对2个试样实现相同轴压、不同围压、相同水压的力学试验;可以进行围压控制、孔隙水压力控制,同时可以测量孔隙水压力等等。使用情况表明,该试验装置结构简单,稳定性好,精度高,是一套功能齐全、使用方便的试验装置。