岩石广义流变柔量、模量时间依存性

地下工程中,岩体有蠕变特性和应力松弛特性,但在很多工程实践中,岩体变形既不是纯蠕变,也不是纯应力松弛,而是随着时间的增加,应力和应变同时发生变化,表现出时间依存性变形,导致岩体最终发生破坏,这种现象用一般的蠕变和应力松弛特性很难解释清楚,是岩石力学研究工作者所面临的一个难题。为确保地下工程及其构筑物在长期运营过程中的安全与稳定,需要通过广义流变理论对岩体流变力学特性进一步深入研究。在线性黏弹性理论中,蠕变柔量和松弛模量分别由蠕变试验和松弛试验获得,两者呈线性流变特征,数值上互为倒数关系,且可相互转化,没有本质区别。但在非线性黏弹性理论中,蠕变柔量和松弛模量两者关系还不明确,由应力归还控制实现的广义流变为研究两者关系提供了可能。利用应力归还控制的伺服试验系统执行启动点为50%和80%田下凝灰岩的广义流变试验,使用同样的加载方式执行启动点为50%、65%和80%三城目安山岩广义流变试验,两种岩石的广义流变方向系数均为3.0、±∞、–3.0、–1.0、–0.3、0、0.3。结果显示:两种岩石的广义流变演化规律具有相似性,且应力和应变随时间变化的规律符合对数法则。本文在线弹性蠕变柔量和松弛模量的基础上,定义了广义关联应变和广义关联应力,并提出广义流变柔量和模量的计算方法。对两种岩石的广义流变试验结果进行计算。由计算结果可以看出,该计算方法具有广义性;蠕变柔量和松弛模量是广义流变属性的两种特殊形式。两种岩石广义流变柔量和模量都与黏弹性变形相关,具有明显的时间依存性、方向系数依存性和非线性流变特征;广义流变柔量和模量的比值随着时间的增加逐渐减小,表明破坏前岩石刚性逐渐降低,变形逐渐增大。因此,本文构建的计算方法可进一步分析岩石破坏前和破坏后刚度和塑性变形的定量关系,为研究岩石的时间效应奠定了基础,对评估地下工程的长期稳定性具有重要的意义。