為了研究海棠山隧道圍巖的長期穩(wěn)定性,采用MTS815.02試驗(yàn)機(jī)對砂巖展開不同圍壓作用下的三軸蠕變試驗(yàn),進(jìn)而分析了圍巖在不同圍壓作用下的長期變形特性。通過結(jié)合最小耗能原理建立損傷模型,以能量角度研究巖石的性能劣化規(guī)律和蠕變特性。研究結(jié)果表明:巖石在變形過程中的能量耗散規(guī)律與巖石內(nèi)部損傷演化規(guī)律是一致的,結(jié)合最小耗能原理引入內(nèi)變量,較好地反映巖石內(nèi)部應(yīng)力-應(yīng)變變化狀態(tài),將巖石損傷演化規(guī)律以能量變化方式呈現(xiàn)出來,也較好地描述了巖石內(nèi)部能量耗散具體過程;當(dāng)施加在巖石的應(yīng)力水平較高時(shí),才會出現(xiàn)穩(wěn)定蠕變和加速蠕變現(xiàn)象,否則蠕變變形只有衰減蠕變變形,同時(shí),圍壓的增高不僅增大了試樣的破壞應(yīng)力水平,同時(shí)延緩了軸向蠕變變形。最終通過砂巖蠕變試驗(yàn)曲線與模型曲線的高吻合度,這說明了基于最小耗能原理來建立非線性蠕變損傷模型,對砂巖蠕變?nèi)^程演化規(guī)律描述是合適可行的,也充分地說明將巖石作為耗散結(jié)構(gòu)來確定巖石損傷程度以及反映巖石蠕變?nèi)^程變形規(guī)律是正確的;該模型對于不同圍壓作用下花崗巖蠕變特性也有較好地描述,計(jì)算曲線和試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合度較高,說明了該損傷模型的適用性廣泛,對實(shí)際工程具有指導(dǎo)意義。 

【文章來源】：公路交通科技. 2020,37(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

試驗(yàn)系統(tǒng)

根據(jù)上述試驗(yàn)方法和試驗(yàn)方案,對海棠山隧道圍巖進(jìn)行不同圍壓的常規(guī)三軸壓縮蠕變試驗(yàn),σ3=20 MPa和σ3=30 MPa作用下的分級加載軸向歷時(shí)蠕變曲線如圖2所示。由圖2可知,在圍壓20 MPa作用下,荷載作用4級后發(fā)生失穩(wěn)變形破壞,在圍壓30 MPa作用下,荷載作用也經(jīng)歷5級后發(fā)生失穩(wěn)變形破壞;瞬時(shí)應(yīng)變和蠕變應(yīng)變都隨著應(yīng)力水平增大不斷增大,且瞬時(shí)應(yīng)變占總應(yīng)變比例的變化規(guī)律呈現(xiàn)先減小后增大趨勢。

將不同圍壓條件下所得蠕變試驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用Boltzmann疊加原理[9]進(jìn)行處理,得到各級軸向蠕變曲線如圖3所示。由圖3可知,只有當(dāng)施加在巖石的應(yīng)力水平較高時(shí),才會出現(xiàn)穩(wěn)定蠕變和加速蠕變現(xiàn)象,否則蠕變變形只有衰減蠕變變形;以圍壓30 MPa為例,在σ1=80 MPa時(shí),蠕變速率從初始值衰減至零,最終的蠕變變形為0.110 2%(全部為衰減蠕變);在90 MPa 和100 MPa作用下,衰減蠕變變形時(shí)間大約為8 h左右,巖石的蠕變變形便轉(zhuǎn)變?yōu)榉�(wěn)定蠕變變形,蠕變速率從初始值衰減至一個(gè)穩(wěn)定值;在最后一級應(yīng)力水平110 MPa作用下,蠕變變形出現(xiàn)加速蠕變變形,變形與時(shí)間之間的規(guī)律呈現(xiàn)出明顯的非線性變化趨勢。同時(shí),圍壓的增高不僅增大了試樣的破壞應(yīng)力水平,同時(shí)延緩了軸向蠕變變形。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
[1]砂巖卸荷蠕變特性研究及能量演化分析[D]. 劉文博.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 2017



本文編號：3449383