不同状态灰砂岩应力松弛特性试验及本构模型研究

岩石的应力松弛现象涉及到各类岩体工程的长期稳定性,且工程中水的影响不容忽视。开展干燥与饱和两种状态下灰砂岩单级应力松弛试验与循环应力松弛试验,对比分析了两种状态试样的松弛行为差异,并采用四单元广义Maxwell应力松弛本构模型对试验结果进行数值模拟验证。结果表明:(1)两种状态下的灰砂岩都表现为非完全衰减的应力松弛形式;(2)相同应变比条件下饱和状态试样的最终应力松弛量略高,差异主要表现在应力松弛的发展趋势上,深受水弱化作用的影响;(3)峰值应力循环松弛试验中,由于水的弱化及内部耗能导致饱和试样延性增高,虽然干燥试样的应力松弛程度高于饱和试样,但对于循环次数以及最终破坏时的轴向应变,结果正相反;(4)四单元广义Maxwell应力松弛本构模型能以极高的精度准确完整地描述灰砂岩单级应力松弛全过程及趋势。

循环加载对沉积岩岩石Kaiser效应影响的试验研究

为获取不同沉积岩岩石更加合理的Kaiser效应点对应的应力值Kσ,采用声发射技术进行单轴循环加载试验,探讨加载循环峰值应力pσ、加载速率和含水率对Kaiser效应的影响,提出合理的多循环加载模式。试验结果表明:(1)随着加载速率或含水率的增加,细砂岩振铃计数和能量降低,Felicity比(FR)变化不明显;(2)pσ对砂岩Kaiser效应的影响显著于加载速率、含水率,当pσ较大于先前最大应力hmaxσ时,会使岩石损伤记忆进一步劣化,导致FR变化显著于当pσ小于或稍大于hmaxσ时;(3)采用循环加载KE试验时,粉砂岩、细砂岩、中砂岩、粗砂岩、砂质泥岩、泥岩、石灰岩等合理的首循环pσ分别小于岩石单轴抗压强度cσ的25.65%,21.66%,12.31%,11.31%,23.40%,3.61%,4.32%,之后循环pσ不超过cσ的59.39%~75.72%;(4)通过对σK/σc逐步回归分析发现,弹性模量、埋深、cσ能进入其回归方程,拟合度为0.556,随着埋深的增加,Kσ呈线性增加,相关系数R2为0.592。研究结果为Kaiser效应测试地应力提供理论依据和借鉴。