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1、第l4卷第3期地質(zhì)力學(xué)學(xué)報Vo1．14No32008年9月JOURNALOFGEOMECHANICSSep．2008文章編號：1006．6616(2008)03．0274．12巖石流變力學(xué)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展方向張堯，熊良宵(1．同濟(jì)大學(xué)巖土及地下工程教育部重點實驗室，上海2000922．同濟(jì)大學(xué)地下建筑與工程系，上海200092)摘要：從巖石單軸壓縮流變試驗、多軸壓縮流變試驗、拉伸斷裂流變試驗、巖體及結(jié)構(gòu)面的剪切流變試驗、以及流變試驗中的各種影響因素等來評述巖石流變試驗的研究進(jìn)展。同時從經(jīng)驗?zāi)Ｐ?、元件模型、損傷斷裂模型、基于內(nèi)時理論的流變模型以及彈粘塑性模型等來對巖石
2、流變本構(gòu)模型的發(fā)展進(jìn)行了回顧。最后，指出復(fù)雜應(yīng)力路徑下巖石的非線性流變、水力一應(yīng)力耦合情況下的巖石流變、考慮各向異性的巖石流變等方面是今后需要進(jìn)一步深入研究的問題。關(guān)鍵詞：流變試驗；流變模型；非線性流變；水力一應(yīng)力耦合；各向異性中圖分類號：P584；P313．1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A0引言巖石的流變性是指巖石在外界荷載、溫度等條件下呈現(xiàn)出與時間有關(guān)的變形、流動和破壞等性質(zhì)，主要表現(xiàn)在彈性后效、蠕變、松弛、應(yīng)變率效應(yīng)、時效強(qiáng)度和流變損傷斷裂等方面?。巖石流變是巖土工程圍巖變形失穩(wěn)的重要原因之一。比如地下工程在竣工數(shù)十年后仍可出現(xiàn)蠕變變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)開裂現(xiàn)象，尤其是在軟巖中成洞的地
3、下工程由于圍巖顯著的流變性給結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工工藝帶來了一系列特殊問題。巖質(zhì)邊坡的蠕變破壞也十分常見，如軟巖坡體中常發(fā)生蠕動型滑坡，滑面的形成和坡體滑動都是緩慢進(jìn)行的。最適合儲存核廢料的鹽巖和花崗巖，在壓力、高溫、核輻射、污水等條件下同樣會產(chǎn)生流變，從而影響儲藏洞室的穩(wěn)定性。而近年來，西部大開發(fā)大型水利水電工程涉及到的復(fù)雜巖體，如向家壩、龍灘水利工程、小灣、錦屏一級和二級水電站工程等這些工程巖體，均具有明顯的流變特性，尤其是在開挖、卸荷以及滲流等復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下所表現(xiàn)出的流變特性更加顯著和復(fù)雜，在工程設(shè)計和施工中充分考慮其流變效應(yīng)顯得尤為重要～33。由此可見，開展巖石流變特
4、性研究，深入了解巖石流變變形及其破壞規(guī)律，對于巖石工程建設(shè)具有十分重大的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟(jì)價值。事實上，國外學(xué)者Gfiggs早在1939年便對灰?guī)r、頁巖和砂巖等類巖進(jìn)行了蠕變試驗。。在此后的幾十年里，很多研究者相繼從各個不同方面進(jìn)行了巖石流變特性研究。而自20世紀(jì)50年代末起，特別是近20年來國內(nèi)許多大型工程的興建，也極大促進(jìn)了我國同行對巖石流變特性的研究。進(jìn)入21世紀(jì)初，我國巖石流變特性的研究更趨活躍，在巖石流變試驗、收稿日期：2008—05．10作者簡介：張堯(1982．)，男，碩士研究生，主要從事巖石力學(xué)研究。E-mail：tj-zhangyao@163．corn。
5、第3期張堯等：巖石流變力學(xué)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展方向275巖石流變本構(gòu)方程等方面均取得了顯著的研究成果。然而，巖石的復(fù)雜性和多樣性，使巖石材料與巖體的流變特性研究仍然存在若干亟待解決的問題b。因此，本文將對這些研究成果進(jìn)行簡單的回顧，并闡述當(dāng)今巖石流變特性研究中存在的問題和今后的發(fā)展方向。1巖石流變試驗的研究現(xiàn)狀巖石流變試驗主要分為巖石室內(nèi)流變試驗和巖體現(xiàn)場流變試驗兩類。由于室內(nèi)試驗具有能夠長期觀測、較嚴(yán)格控制試驗條件、重復(fù)次數(shù)多等優(yōu)點，因而受到廣泛應(yīng)用，對巖石流變力學(xué)特性的試驗研究成果也主要集中在室內(nèi)試驗方面。而現(xiàn)場流變試驗由于耗資費時、難度較大，因而對現(xiàn)場巖體流變力學(xué)
6、特性的試驗研究成果相對較少。下面將主要從巖石單軸壓縮蠕變試驗、巖石多軸壓縮蠕變試驗、巖石拉伸斷裂流變試驗、巖體及結(jié)構(gòu)面剪切蠕變試驗、巖石蠕變試驗中的影響因素等方面，并按照時間順序來闡述近幾十年巖石流變試驗的研究成果。巖石單軸壓縮蠕變試驗的研究成果比較豐富，如Okuboeta1．(1991)等利用自行研制的具有伺服控制系統(tǒng)的剛性試驗機(jī)上完成了大理巖、砂巖、安山巖、凝灰?guī)r和花崗巖的單軸壓縮曲線的全過程測試，獲得了巖石加速蠕變階段完整的應(yīng)變一時間關(guān)系曲線，并據(jù)此提出了可描述巖石三階段蠕變的本構(gòu)方程；李永盛(1995)采用伺服剛性機(jī)對粉砂巖、大理巖、紅砂巖和泥巖4種不同巖性的
7、巖石進(jìn)行了單軸壓縮條件下的蠕變和松弛試驗，指出在恒定的應(yīng)力作用下，巖石材料一般都出現(xiàn)蠕變速率減小、穩(wěn)定和增大三個階段，但各階段出現(xiàn)與否及其延續(xù)時間，則與巖性和所施加的應(yīng)力水平有關(guān)，巖石松弛曲線具有連續(xù)型與階梯型兩種典型變化規(guī)律；。楊建輝(1995)描述了砂巖單軸受壓蠕變試驗中縱橫向變形發(fā)展規(guī)律，指出巖石內(nèi)部裂紋的發(fā)展是橫向變形獨立發(fā)展的原因；徐平等(1996)對三峽花崗巖進(jìn)行了單軸蠕變試驗，認(rèn)為三峽花崗巖存在一個應(yīng)力門檻值，當(dāng)應(yīng)力水平低于時，采用廣義Kelvin模型來描述三峽花崗巖的蠕變特性；當(dāng)應(yīng)力水平高于時，采用西原模型描述，并給出了相應(yīng)的蠕變參數(shù)
