轴压水压耦合作用下裂隙砂岩蠕变特性

在水利水电、水底隧道等岩土工程建设中,伴有初始损伤的岩石材料长期处于轴压水压耦合环境下,严重影响岩土工程的长期稳定性。为保证处于轴压水压耦合环境下岩土工程的长期稳定性,以预加载制备的裂隙砂岩岩样为研究对象,利用特制的流固耦合多通道岩石流变系统,开展轴压水压耦合作用下裂隙砂岩单级加载蠕变试验及其蠕变模型研究,主要分析压力水与初始荷载对裂隙岩样蠕变特性的影响规律,并讨论所建立蠕变模型的准确性与合理性。结果表明:裂隙砂岩的轴向蠕变量随水压增大而减小,蠕变加速阶段的最大蠕变速率随着水压升高而增大,初始阶段和破坏阶段的最大轴向蠕变速率随初始荷载增大而增大。基于损伤理论,建立考虑初始损伤的蠕变模型基本元件的非线性方程;根据幂函数方程,提出加速蠕变黏塑性模型;根据轴压水压耦合作用下裂隙砂岩的蠕变变形特征,建立考虑时效损伤的1维非线性蠕变模型;基于增量理论,构建轴压水压下考虑时效损伤的3维非线性蠕变模型。所建立的蠕变模型预测的理论蠕变曲线与轴压水压下裂隙砂岩蠕变试验结果吻合度较高,表明所建立的蠕变模型能较好地描述轴压水压耦合作用下裂隙岩石的蠕变变化特征,蠕变模型合理。该成果为评价地应力与压力水耦合作用下岩土工程的长期稳定性提供了理论依据。

压力水-岩耦合作用下砂岩断口微观破坏机理

为了研究流固耦合作用下岩石的损伤劣化机理,以砂岩岩样为研究对象,采用流固耦合力学实验系统开展轴压水压耦合作用下单轴压缩、三轴压缩及三轴蠕变实验,借助扫描电子显微镜对岩样破裂断口的微观结构特征进行分析。结果表明:单轴饱水岩样破裂断口表面比干燥岩样出现更多的裂纹核,且断口形貌以沿晶断裂为主,穿晶断裂为辅;随着水压增大,三轴压缩岩样破裂断口表面裂纹核逐渐变少,剪切平行裂纹逐渐增多,岩样的宏观破坏形式从以张拉破坏为主逐渐向以剪切破坏为主转变;与三轴压缩岩样断口相比,三轴蠕变岩样破裂断口表面平整度和光滑度较差,晶体间联结更加紧密,剪切裂纹密度和深度增加。