紅砂巖單軸加卸載蠕變特性試驗研究.pdf

1、巖石的流變特性與巖體的長期穩定性有著密切的聯系，室內試驗和數值模擬手段是開展巖石流變特性研究的主要方法。隨著我國一些特長深埋隧道、高陡巖質邊坡、核廢料處置庫以及地下廠房等大型基礎設施的建設，地下建筑圍巖應力在項目生命周期中具有復雜多變性。地下建筑建造時的安全性與項目運營期間的長期穩定性關乎項目建設的成敗和國計民生。因此，開展復雜應力狀態下巖石的流變特性研究具有重要的意義。本文以江西省科技計劃項目（20123BBG70214）“復雜應力狀

2、態下巖石流變特性試驗研究”為依托，以江西省鄱陽湖生態經濟區內某高速公路隧道為工程背景。采用室內試驗和數值模擬2種試驗方法，對江西省鄱陽湖生態經濟區內典型的紅砂巖進行單軸加卸載條件下的蠕變試驗，探究紅砂巖在單軸加卸載應力狀態下的流變力學特性，建立紅砂巖單軸加卸載條件下的蠕變本構模型，在有限差分軟件FLAC3D中，調用室內試驗建立的蠕變本構模型，實現與室內蠕變試驗同等條件下的蠕變試驗數值模擬研究。
　　本文的主要工作與研究成果如下：<

3、br>　?。?）從江西省鄱陽湖生態經濟區某高速公路隧道掌子面采集到了典型的紅砂巖巖樣，在巖石切片試驗室內將巖樣加工成標準試件，通過對紅砂巖試件進行單軸壓縮試驗、單軸直接拉伸試驗以及直接剪切試驗，獲得了紅砂巖的單軸抗壓強度、單軸抗拉強度、彈性模量、泊松比、內摩擦角以及內聚力等相應的基本力學參數。
　?。?）采用分級增量循環加荷-卸荷的加載方式對紅砂巖進行室內單軸蠕變試驗。研究表明，紅砂巖的長期抗壓強度為其瞬時單軸抗壓強度的80%~9

4、0%；通過對單軸蠕變試驗曲線進行分析，發現紅砂巖的蠕變曲線出現了衰減蠕變、穩定蠕變以及加速蠕變3個典型階段；對紅砂巖軸向蠕變應變的粘彈塑性特征進行分析，表明紅砂巖的蠕變變形具有復雜的粘、彈、塑性共存特性。
　?。?）通過對紅砂巖單軸蠕變試驗曲線特征進行分析，得到了紅砂巖蠕變本構模型中的基本元件及其組合方式，引入了能反映三階段蠕變的基于Mohr-Coulomb屈服準則的Burgers模型，也稱之為Cvisc模型；通過運用非線性最小二

5、乘算法—Levenberg-Marquardt法，根據蠕變方程對單軸蠕變試驗曲線進行非線性擬合，獲得了各級應力條件下的蠕變參數。研究表明，擬合的理論曲線與試驗曲線十分吻合，充分說明了Cvisc模型能較好的反映紅砂巖單軸加卸載應力狀態下的蠕變特性。
　?。?）對FLAC3D軟件的基本原理、優缺點以及蠕變計算模式進行了簡要介紹，選取軟件內置的Cvisc模型，采用與室內單軸蠕變試驗相同的物理力學參數，對紅砂巖進行單軸加卸載蠕變試驗數值分