不同围压下岩石广义应力松弛特性试验研究

实际工程中有些岩体发生的流变性既不是纯蠕变又不是纯应力松弛,表现为应力和应变同时发生变化。利用可视化三轴压缩伺服控制试验系统,研究了不同围压条件下岩石的广义应力松弛特性,试验结果表明,岩石存在应变及应力同时增大、应变增大而应力减小、应变及应力都减小的情况,岩石蠕变和应力松弛行为属于岩石广义应力松弛现象的特例;在不同情况下的广义应力松弛过程中围压对岩石广义应力松弛特性的影响不甚相同,岩石轴向应变增大时围压越高岩石试件轴向变形越困难,岩石应变减小时围压越高岩石试件变形越明显。采用广义应力松弛试验方法,开展单轴及三轴压缩荷载作用下岩石广义应力松弛试验研究,对不同情况下岩石广义应力松弛特性的围压效应进行对比分析,以期对后期开展更深入的三轴广义应力松弛试验研究具有一定的指导和借鉴意义。

适用于小型岩石试件的三轴压缩试验技术与设备的开发及其应用

为了用有限的岩石试样在室内进行大量的岩石力学试验测试,对直径10 mm、长度20 mm的小型岩石试件进行开发、制作。同时对S.Okubo等(2002)开发的透明围压容器进行改进,其围压可达10 MPa左右。用此改进的试验设备对小型岩石试件进行三轴压缩试验。通过对田下凝灰岩的试验,由小型试件得到的力学参数——黏聚力和内摩擦角,与用常规试件获得的试验结果相一致。而且在载荷速率交替变换的试验中,用一个小型试件就可获得应力–应变曲线的载荷速率相关性。通过对三峡库区周边滑坡地带采集的岩石试样的测试,成功获得不同岩石的强度特性曲线及表示载荷速率相关性的参数。

田下凝灰岩应力松弛特性及数值模拟研究

岩石应力松弛特性是预测地下工程长期稳定性的重要基础。首先,对峰前、峰值和峰后区域应变水平下田下凝灰岩进行分别加载应力松弛试验,研究松弛过程中应力变化规律,并分析了应力松弛水平随应变水平的变化规律;其次;对田下凝灰岩进行分级加载应力松弛试验,研究分级加载条件下应力的变化规律,试验结果表明,分级加载和分别加载应力松弛具有相同的规律,且峰值处、峰值后的应力松弛特与峰值前的基本相似;最后,利用基于弹簧模型的可变模量本构方程对田下凝灰岩应力松弛试验进行数值模拟,试验结果与计算结果一致性很好,表明该本构方程可以较好的描述田下凝灰岩的应力松弛特性,可以预测工程流变破坏寿命。

岩石单轴拉伸应变速率效应及能量演化特征试验研究

在岩体工程的稳定性分析中,应变速率效应具有重要指导意义。通过对田下凝灰岩开展不同应变速率条件下的直接拉伸试验,研究岩石的单轴抗拉强度,弹性模量和峰值点应变等力学参数随应变速率变化的响应规律,并运用能量守恒定律分析了单轴拉伸过程中的能量演化特征。结果表明:田下凝灰岩单轴抗拉强度,割线模量和峰值点应变均随应变速率的提高逐渐增大,在半对数坐标系中呈现较好的线性关系;随着应变速率的提高,田下凝灰岩的单轴拉伸峰值点总应变能、弹性应变能和耗散应变能均随应变速率的提高逐渐变大,且三种应变能均与应变速率在半对数坐标系中呈现较好的线性关系;在拉伸试验初始阶段,弹性应变能为田下凝灰岩吸收的总应变能的主要储存形式,而耗散应变能基本不变,当应变达到0.3×10-3时,耗散应变能即开始增大,达到峰值点后,弹性应变能迅速释放,造成裂纹的迅速产生和贯通,同时表现为耗散应变能的迅速增加。