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工程地质中的岩石流变性及其影响

时间:2023-10-07 理论教育 版权反馈
【摘要】:岩石流变性主要包括以下几个方面:蠕变、松弛、流动特征和长期强度。目前,随着工程规模日益增大,有关岩体的问题越来越复杂,对精度的要求越来越高,岩石流变问题也成为十分重要的问题,特别是岩石的蠕变特性和长期强度,它们与岩体的工程变形和稳定性密切相关。岩石在恒定应力作用下,变形随时间延续而不断增长的现象称为岩石蠕变。因为蠕变最终可导致破坏,所以必须引起重视,以便切合实际地评价岩石变形及其稳定性。

工程地质中的岩石流变性及其影响

流变是指物质在外部条件不变的情况下,应力或应变随时间变化而变化的现象。

岩石流变性主要包括以下几个方面:蠕变、松弛、流动特征和长期强度。目前,随着工程规模日益增大,有关岩体的问题越来越复杂,对精度的要求越来越高,岩石流变问题也成为十分重要的问题,特别是岩石的蠕变特性和长期强度,它们与岩体的工程变形和稳定性密切相关。

岩石在恒定应力作用下,变形随时间延续而不断增长的现象称为岩石蠕变。对一组岩石试件施以大小不同的恒定荷载,测定各试件在不同时间的应变值,可得到图 6.8 中的一组蠕变曲线。由图可见,岩石的蠕变曲线因恒定荷载的大小不同可分为两种类型:

(1)趋于稳定的蠕变——在较小恒定荷载作用下,变形随时间增长,但变形速率随时间递减,最终趋于稳定。如图6.8中的 a 曲线。

(2)非趋于稳定的蠕变——当岩石所受恒定荷载超过某一极限时,变形随时间的增长而不断增加,最终导致破坏。如图6.8中的凸曲线。

因为蠕变最终可导致破坏,所以必须引起重视,以便切合实际地评价岩石变形及其稳定性。根据蠕变曲线,可将蠕变过程划分为以下四个阶段(见图6.9)。

图6.8 岩石的蠕变曲线

图6.9 岩石的蠕变阶段曲线

①—瞬时应变;②—初始蠕变阶段;③—等速蠕变阶段;④—加速蠕变阶段。

(1)瞬时变形阶段:即荷载一加上即发生的变形(如图6.9中①)。

(2)初始蠕变阶段:又称阻尼蠕变,应变ε最初随时间增长较快,但增长速率随时间逐渐降低,曲线呈下凹形(如图6.9中②)。

(3)等速蠕变阶段:应变随时间近于等速增长,曲线呈近直线形(如图6.9中③)。

(4)加速蠕变阶段:应变速率迅速增长,直至岩石破坏(如图6.9中④)。(www.xing528.com)

任何一个蠕动变形阶段的持续时间都取决于岩石类型、荷载大小及温度等因素,其ε-t曲线形状也会因此有所差异。为研究岩石蠕变规律及时效性,常把岩石材料抽象成一系列弹簧、阻尼器及滑块等组成的单元系统,用它们之间的不同组合代表不同属性岩石来研究其蠕变特性,以建立起不同类型岩石的蠕变数值模型和计算其蠕变变形量,这种方法称为蠕变模型法。在此我们仅给出岩石蠕变变形经验公式

式中 εe——瞬时变形;

   ε(t)——初始蠕变;

   Mt——等速蠕变;

   εT(t)——加速蠕变。

对于前两阶段的蠕变,很多学者得出了不同的经验公式,如康特雷勒(Cottrell)的幂函数

ε(t)=Atn(A、n,为常数,O<n<1)

格里格斯(Griggs)的对数函数

ε=εT+Blgt+Dt(B,D 为常数)

伊文斯(Evans)的指数函数

ε=A[1-exp(B-Ctn)](A,B,C 为常数,n=0.4)

对于加速蠕变的简单公式,尚在研究之中。

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