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岩石蠕变试验机本构试验的探究

济南一诺世纪试验仪器有限公司

2014/5/12 15:29:46

岩体蠕变是指在常值应力持续作用下,岩体变形随试件而持续增长发展的过程。岩石蠕变与岩石工程和隧道设计施工的关系zui为密切,该方面的研究工作也重要性和工程实用价值。室内蠕变试验是了解岩体蠕变力学特性的主要手段,岩体在不同应力状态下的不同蠕变试验曲线如图1所示。

1 岩石3种典型的蠕变试验曲线

    1中,Ο1AABBC阶段分别代表初始蠕变、稳态蠕变和加速蠕变,ε代表应用,t代表时间,Ο为坐标原点。

2 类岩石试件配置及常规强度测试

    类岩石材料取石膏混合材料,辅料为重晶石粉、石英砂、铁精粉、松香、酒精的拌合料。试件加工过程为:1)量取;2)拌匀;3)组装模具(模具实体见图2);4)填料;5)压力成型;6)拆模;7)养护。

2 模具实体

    加工成的标准试件如图3所示。

3 试件样本

 在电液伺服试验机上测试试件的单轴抗压强度,所使用济南一诺生产的试验机如图4所示。

 

4 电液伺服试验机    试验测得试件的平均单轴抗压强度为2.65MPa,为试件蠕变分级加载提供参考和依据。

3 类岩石试件蠕变试验

   蠕变试验机系统如图5所示。

5 蠕变试验机系统

    因为试件的单轴抗压强度为2.65MPa,所以,蠕变试验所加初始荷载为1.07kN,先位移控制,再应力控制,采样间隔为1min。当位移增量小于0.001mm/h时,可施加下一级荷载,各级荷载持续时间约为2h,直至试件破坏。

    随机选取4个试样进行测试,荷载级别分别为21%σc33%σc45%σc58%σc70%σc82%σc94%σc(σc为试样单轴抗压强度)

    试件蠕变破坏形态如图6所示,多为劈裂破坏,破坏机理与岩石蠕变破坏类似。

6 试件蠕变破坏形态

 

    以试样1为例,各级荷载作用下相似模型的蠕变变形如图7所示。

7 试样1轴向变形与时间关系

    7a)所示为前六应力水平阶段。从图7a)可以看出,各级应力荷载作用下,试件轴向变形曲线属于同一类型,即只出现初始蠕变和稳态蠕变两个阶段,并且当应力水平较低时,稳态蠕变的斜率随应力水平的增大而增大;图7b)所示:试验应力一旦达到试样的破坏应力阀值,蠕变就会在较短的时间内迅速进入非线性加速破坏阶段。

    7表明,类岩石蠕变试验结果符合图1中岩石的3种典型蠕变试验曲线,即控制应力的大小可出现初始蠕变、稳态蠕变和加速蠕变三个阶段。

4 结论

    试验验证,类岩石和现场岩石蠕变特性相似。所以,对于较难采样的工程现场,可根据相似原理,通过对类岩石的蠕变力学分析类推现场岩石的蠕变性质。该研究能够为地下洞室围岩的稳定性提供技术服务。

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