第四章 3 岩石的蠕变.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流第四章 3 岩石的蠕变.精品文档.五、岩石的蠕变1、 蠕变特征 岩石蠕变的概念在应力不变的情况下,岩石变形随时间t而增长的现象。即 随时间而变化。岩石蠕变类型 有两种类型:稳定型蠕变非稳定型蠕变a、 稳定型蠕变:在恒定应力作用下,变形速率随时间递减,最终趋于零,即,变形区域稳定。一般在较小应力下或硬岩中。b、 非稳定型蠕变:岩石在恒定应力作用下,岩石变形随时间不断增长,直至破坏。一般为软弱岩石或应力较大。蠕变曲线变化特征岩石的蠕变曲线可分为三个阶段:阶段:初期蠕变。应变时间曲线向下弯曲,应变速率由大变小。属弹性变形。阶段:等速蠕变。应变时间曲
2、线近似直线,应变随时间呈近于等速增长。出现塑性。阶段:加速蠕变。应变时间曲线向上弯曲,其应变速率加快直至破坏。应指出,并非所有的蠕变都能出现等速蠕变阶段,只有蠕变过程中结构的软化和硬化达到动平衡,蠕变速率才能保持不变。在阶段,如果应力骤降到零,则t曲线具有PQR形式,曲线从P点骤变到Q点,PQ为瞬时弹性变形,而后随时间慢慢退到应变为零,这时无永久变形,材料仍保持弹性。在阶段,如果把应力骤降到零,则会出现永久变形,其中TU。不同应力下的蠕变岩石蠕变速率与应力大小有直接关系。低应力时,应变速度变化缓慢,逐渐趋于稳定。应力增大时,应变速率增大。高应力时,蠕变加速,直至破坏。应力越大,蠕变速率越大,反
3、之愈小。岩石长期强度:指 岩石由稳定蠕变转为非稳定蠕变时的应力分界值。即,岩石在长期荷载作用下经蠕变破坏的最小应力值(或)岩石极限长期强度:指长期荷载作用下岩石的强度。2、 蠕变经验公式由于岩石蠕变包括瞬时弹性变形、初始蠕变、等速蠕变和加速蠕变,则在荷载长期作用下,岩石蠕变的变形可用经验公式表示为:瞬时变形;初始蠕变;等速蠕变;加速蠕变。对于前两个阶段,目前的经验公式主要有三种:幂函数取第一阶段:;第二阶段:,、是试验常数,其值取决于应力水平、材料特性以及温度条件。对数函数:B、D是与应力有关的常数。指数函数,或 A为试验常数,是时间t的函数伊文思(Evans)对花岗岩、砂岩和板岩的研究:C为
4、试验常数,n=0.4;而哈迪(Hardy)给出经验方程,A、C为试验常数。3、蠕变理论模型(理论公式)(1)基本模型 由于岩石材料具有弹性、刚性、粘性和塑性,目前采用简单的机械模型来模拟材料的某种性状。将这些简单的机械模型进行不同的组合,就可以得到岩石的不同蠕变方程式,以模拟不同的岩石蠕变。常用的简单模型有两种:一种是弹性模型,另一种是粘性模型。 弹性模型这种模型是线弹性的,完全服从虎克定律,其应力应变为正比关系:这种模型可用刚度为G的弹簧来表示。 粘性模型或称粘性单元,这种模型完全服从牛顿粘性定律,其应力与应变速率成正比,可表示为: 粘滞系数(MPa或)这种模型称为牛顿物质,它可用充满粘性液
5、体的圆筒形容器内的有孔活塞(称为缓冲壶)来表示。 塑性时无应变;时,产生应变(塑性)。 刚体(2)组合模型由于大多数岩体都表现出瞬时变形(弹性变形)和随时间而增长的变形(粘性变形),因此,可以说岩石是 粘-弹性的。将弹性模型和粘性模型用各种不同方式组合,就可以得到不同的蠕变模型。串联:每个单元模型担负同一总荷载,其应变率之和等于总应变率。并联:每个单元模型担负的荷载之和等于总荷载,而他们的应变率是相等的。 马克斯韦尔(Maxwell)模型这种模型用弹性模型和粘性模型串联而成。其特征是:当应力骤然施加并保持为常数时,变形以常速率不断发展。这个模型用两个G和描述,由于串联,有: (1-1)且 (1
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