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    巖石流變及其工程應用綜述

    發布時間:2013-11-29 00:00 論文編輯: 價格: 所屬欄目:畢業論文

    摘要:討論巖石流變及其工程應用,主要內容包括:巖石流變概述,巖石流變模型理論,巖石流變試驗,巖石流變研究展望。

    摘要:討論巖石流變及其工程應用,主要內容包括:巖石流變概述,巖石流變模型理論,巖石流變試驗,巖石流變研究展望。

    關鍵詞:巖石力學;流變特性;流變試驗;

    1 巖石流變概述

    巖石流變力學是研究巖石應力應變隨時間的變化的規律,并根據所建立的本構規律去解決工程實踐中遇到的與巖石流變有關的問題。其具體含義是指巖石礦物組骨架隨時間增長而不斷調整重組,導致其應力、應變狀態亦隨時間而持續地增長變化。

    2 巖石流變模型理論

    2.1 巖石流變本構模型的理論研究進展

    通常而言,建立巖石流變本構模型主要是采用如下兩種方法來進行:一種是通過巖石或巖體的流變試驗,直接將巖石流變試驗曲線用經驗方程法來擬合,或者根據流變試驗結果,通過采用模型元件的串并聯組合,來建立巖石流變本構模型,然后通過對元件模型進行辨識以及參數反演等方法,確定出待定的流變元件模型參數;另一種是采用非線性流變元件理論、內時理論、斷裂力學以及損傷力學理論來建立巖石流變本構模型,根據這種方法建立的流變本構模型能較好地描述巖石的加速流變階段。關于巖石流變本構模型的理論研究,在經過數十年的研究,巖石力學與工程界已經積累了許多研究成果,下面將從流變經驗模型和元件模型、流變模型辨識和參數反演、內時流變本構模型以及斷裂損傷流變本構模型四個方面評述巖石流變本構模型的研究進展。

    2.2 巖石流變經驗及元件模型理論研究進展

    巖石流變經驗模型是指通過對巖石在特定的條件下進行一系列流變試驗,在獲取流變試驗數據后,利用試驗曲線進行擬合,從而建立巖石流變經驗模型。對每種不同的巖石材料,甚至不同的條件,可以求得各種各樣的流變經驗模型。通常采用的巖石流變經驗模型型式主要有如下幾種:冪律型、對數型、指數型以及三者的混合方程。盡管巖石流變經驗模型與具體的試驗吻合得較好,但它通常只能反映特定應力路徑及狀態下巖石的流變特性,難以反映巖石內在機理及特征。若推廣到其它條件時往往會帶來較大的誤差,甚至得出完全錯誤的結論。此外巖石流變經驗模型只能描述巖石瞬時流變階段以及穩態流變階段,而無法描述加速流變階段,這也是目前巖石流變經驗模型建立中的一個重要缺陷。這可能是由于巖石在加速流變階段完全是荷載長期累積效應所導致破壞的結果,沒有確定的流變破壞規律可尋。然而巖石流變經驗模型直觀明顯,可直接使用,亦為工程設計人員樂意采用。但由于無法給出用于工程實踐的流變力學參數,因而不便于工程應用。

    巖石流變元件模型是根據流變試驗曲線將巖石抽象成一系列彈簧、阻尼器以及滑塊等元件組成的體系。這些元件之間各種組合分別代表巖石不同的流變特性,如果求解所對應的流變規律或定律,那么需要首先確定采用何種流變模型,然后根據巖石試驗結果只是確定與選定流變模型所對應的元件組合有關的常數或待定系數,而并非確定定律本身。通常求取巖石流變模型參數的方法有模型辨識和參數反演,元件模型法適應性較經驗模型法好,尤其是適用于工程數值分析。巖石流變元件模型中著名的有Maxwell模型、Kelvin模型、Bingham模型、Burgers模型、理想粘塑性體、西原模型、劉寶深模型等等。這些模型有的呈現瞬態響應,有些卻沒有;有些是常應力下應變最終趨于某一有限值,因此呈現固體特性;而有些材料在常應力下出現應變蠕變,因此呈現流變特性。但前述流變元件模型均是由模型元件線性組合而成,因此無論模型中元件有多少、模型怎樣復雜,最終模型所反映的只能是線彈粘塑性的特征,不能描述加速流變階段。所以流變線性元件模型力學性質單一,通過調整參數有時仍無法定量模擬實測的應力-應變-時間曲線。流變線性元件模型只能說明某些現象,不能反映實質。而且巖石材料具有不同的流變特性,如某種巖石的松弛現象,表明它與Maxwell模型類似;彈性后效性質與Kelvin模型相似;而從它的極限強度特性來看又具有Bingham模型的特性。所以用巖石流變線性元件模型難以反映巖石的復雜特性,只能適用于一定的范圍。

    2.3 巖石流變模型辨識與參數反演研究進展

    隨著數值計算方法的普及,巖石工程施工設計安全可靠的重要保障歸結到了巖石本構模型和輸入參數的正確性,這在考慮巖石流變問題時尤以為甚。巖石流變經驗和元件模型選擇好后,如何確定相應的流變參數,這就涉及到流變模型辨識和參數反演的問題。長期以來,這也一直是巖石流變本構模型的理論研究中的重要前沿課題。眾所周知,由于巖石材料的非均質性、各向異性、不連續性以及各種工程條件與施工因素的影響,由室內巖石試驗或現場原位試驗所獲得的巖體力學參數往往不能很好地反映實際的巖石性態,這在很大程度上將影響巖石工程的數值分析計算結果的正確性與合理性。自從Sakurai (1983)提出彈性巖體等效彈性模量和原巖地應力場的有限元位移反分析算法以來,采用工程現場得到的某些物理量如應變、位移和應力等等,反演巖體流變參數取得了較多的研究成果。而且實際工程中巖體位移量測較易實現,故以位移為基礎信息的位移反分析法用得最為廣泛。位移反分析方法按其采用的計算方法可分為數值法和解析法。由于工程中許多問題很難得到解析解,所以多采用數值解。就數值法的求解過程而言,可分為逆解法、直接法、攝動法、多項式回歸法以及神經網絡法。[5]

    3 巖石流變試驗

    巖石的流變試驗是認識巖石流變性質的主要途徑和最重要的手段,是不可缺少的重要資料。室內試驗工作具有可長期觀察、嚴格控制試驗條件、排除次要因素、重復次數多和耗資少等特點,因而受到廣泛應用。巖石的蠕變性試驗研究最早可追溯到二十世紀三十年代。1939年Griggs發表了他的研究成果,提出砂巖、泥板巖和粉沙巖等類巖石中,當荷載達破壞荷載的12.5% ~80%時,就發生蠕變的觀點。此后的幾十年里,有關巖石材料流變性態的資料和成果越來越趨于豐富和完善。

    近年來,巖石的流變試驗得到了進一步的發展,取得了一些新的成果。李永盛、夏才初采用伺服剛性機對粉砂巖、大理巖、紅砂巖和泥巖4種不同巖性的巖石進行了單軸壓縮條件下的蠕變和松弛試驗,指出在一定的常應力作用下,巖石材料一般都出現蠕變速率減小、穩定、增大三個階段,但各階段出現與否及其延續的時間,則與所觀測的巖石性質和所施加的應力水平有關。金豐年利用伺服控制剛性試驗機,采用應力反饋控制方法獲得了多種巖石單軸拉伸試驗的全應力- 應變曲線,通過對巖石單軸拉伸、單軸壓縮及其荷載速度效應和蠕變實驗的研究,首次提出了巖石受拉和受壓力學特征具有相似性的理論觀點。徐平、楊挺青、夏熙倫對三峽花崗巖進行了單軸蠕變試驗,給出了三峽花崗巖的蠕變經驗公式,認為三峽花崗巖存在一個應力門檻值σs。當應力水平低于σs 時,采用廣義Kelvin模型來描述三峽花崗巖的蠕變特性;當應力水平高于σs 時,采用西原模型來描述,并給出了相應的蠕變參數。吳剛根據與工程實際相對應的原則,對紅砂巖試樣進行了四種類型的卸荷破壞試驗。[6-9]

    文獻[ 11 ]用三點彎曲試驗方法對層樁巖石的流變斷裂特性進行了試驗研究與理論分析得到了巖石得流變斷裂準則。文獻[ 12 ]以一類紅砂巖為例對蠕變條件下巖石裂紋起裂和擴展的機理、準則進行了試驗研究和理論分析,指出蠕變斷裂韌度是巖石工程設計和計算的重要參數。文獻[ 13 ]綜述評介了巖石裂紋(缺陷)演化及其力學特性研究的近期進展,內容包括微細觀裂紋演化及其力學特性、時間相關性、裂紋擴展與巖石破壞,并結合某些工程問題進行了討論,指明深部礦井由于巖石特性的軟化,巖石流變損傷斷裂的研究將是極為重要的領域。

    另外,近年來計算機斷層識別技術即CT(computerized tomography)技術以其無擾動、可多層面分析和能采用國際標淮試件等優點受到巖土力學研究者的關注。CT識別巖石損傷不但可以無擾動巖樣損傷檢測,更重要的是通過CT圖像、CT數大小和CT數定量地與巖石損傷變量和損傷擴展聯系起來,為建立巖石蠕變損傷擴展本構關系奠定基礎。楊更社、葛修潤、任建喜等利用這一技術對巖石蠕變破壞機理進行了較深入的研究,得到了巖石蠕變損傷演化的初步規律。

    5 巖石流變研究展望

    巖石流變理論發展已經有60多年,在此期間眾多科學家不斷探索取得了豐碩的成果,然而由于巖體的復雜性,多變性,還有不少方面理論有所欠缺,不能正確的指導工程實踐。今后的研究方向有以下幾方面:

    ①試驗設備的發展與改進

    由于巖石流變試驗是一個較長時間的過程,進行較長時間流變試驗時室內和現場溫度和濕度條件的變化必然會影響試驗的結果。由于國內實驗室往往不易具備室內恒溫和恒濕條件,對這些因素的影響作出定量估計尚有待今后深化研究。

    ②非線性理論的發展

    目前,流變問題分析中其本構模型中的力學參數一般都是定常的,認為所有巖體力學參數并不隨時間增長而變化,即所謂線性流變問題。但實際上,巖體這種復雜材料在地質構造運動、地下水滲流和自然風化等諸多因素的作用下,其某些力學參數隨時間而變化是十分明顯的,這樣我們得到的試驗數據與實際往往不符,有時偏差很大,對工程實踐起到誤導作用。因此,非線性理論的發展仍舊是今后的主要研究方向。

    ③模型參數估計

    對于確定工程巖體普遍適用的模型參數,目前的研究和試驗都還遠遠不夠,更大量的研究和試驗工作急需進行,進而形成一套結合具體工程更為完善、準確而可靠的巖體流變試驗規程,以便在不同工程情況下選用。

    以上三個方面是流變發展的主要方向,當然還有不少方面仍處于盲區,這就需要我們在理論與實踐中不斷發現,思考,在此基礎上繼續前進。

    參考文獻(References):

    [1] 孫 鈞.巖石流變力學及其工程應用研究的若干進展[J].巖石力學與工程報,2007,26(6):1081-1106.

    [2] 范廣勤.巖土工程流變力學[M].北京:煤炭工業出版社,1992.

    [3] 楊圣奇.巖石流變力學特性的研究及其工程應用[博士學位論文][D].南京,河海大學,2006.

    [4] 丁香麗.巖體流變特性的試驗研究及模型參數辨識[博士學位論文][D].武漢,中國科學院武漢巖土力學研究所,2005.

    [5] 范慶忠,王素華,高延法.巖石流變試驗與本構模型研究進展[J].山東農業大學學報,2006, 37 (1):136-140.

    [6] 崔希海,付志亮.巖石流變特性及長期強度的試驗研究[J].巖石力學與工程學報,2006,25(5):1021-1024.

    [7] 吳玉山,陳尤雯.不良巖體流變特性的現場試驗及流變模擬分析[J].巖土力學,1986,7(2) .

    [8] 劉世君,徐衛亞,邵建富.巖石黏彈性模型辨識及參數反演[J].水利學報,2006,(6):101-10.

    [9] 李建林.巖石拉剪流變特性的試驗研究[J] .巖土工程學報.2000,22 (3) :299-303.

    [10] 陳有亮,孫鈞.巖石的蠕變斷裂特性分析[J].同濟大學學報,1996,24 (5) :504 - 508.

    [11] 陳有亮,劉濤.巖石流變斷裂擴展的力學分析[J].上海大學學報, 2000, 6 (6) :491 - 496.

    [12] 陳有亮.巖石蠕變斷裂特性的試驗研究[J].力學學報,2003,33 (4):480 - 484.

    [13] 張曉春,楊挺青,謬協興.巖石裂紋演化及其力學特性的研究進展[J].力學進展, 1999, 29(1) :97 - 104.


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