粉砂質(zhì)泥巖體積蠕變特性試驗(yàn)研究.pdf

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1、第34卷第4期華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)2013年8月J0“rnofNoahChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPowerAug．2013DOI：10．3969／j．issn．1002—5634．2013．04．004粉砂質(zhì)泥巖體積蠕變特性試驗(yàn)研究于懷昌，劉激烈，王碩楠，劉艷剛，唐茂軍(1．華北水利水電大學(xué)，河南鄭州450045；2．中國(guó)建筑西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都6100813．河南省地質(zhì)工程勘察院，河南鄭州450001；4．西北綜合勘察設(shè)計(jì)研究院

2、成都分院，四川成都610045)摘要：采用RLJW一2000型巖石流變伺服儀，在三軸壓縮條件下進(jìn)行了飽和粉砂質(zhì)泥巖蠕變?cè)囼?yàn)．依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)巖石體積蠕變階段進(jìn)行了劃分，分析了巖石的體積蠕變規(guī)律．在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了巖石體積蠕變速率的變化規(guī)律．研究結(jié)果表明：粉砂質(zhì)泥巖的體積蠕變曲線以及體積蠕變速率曲線可以劃分為3個(gè)不同的階段；應(yīng)力水平9MPa是粉砂質(zhì)泥巖從以軸向壓縮變形為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐詮较蚺蛎涀冃螢橹鞯呐R界應(yīng)力；應(yīng)力水平15MPa是粉砂質(zhì)泥巖體積產(chǎn)生擴(kuò)容的臨界應(yīng)力．研究成果可以豐富和完善巖石流變力學(xué)理論，為巖石蠕變破

3、裂失穩(wěn)的研究提供科學(xué)依據(jù)．關(guān)鍵詞：粉砂質(zhì)泥巖；三軸壓縮；蠕變?cè)囼?yàn)；體積蠕變；體積蠕變速率中圖分類(lèi)號(hào)：TU458文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1002—5634(2013)04—0014一O3巖石體積蠕變及體積擴(kuò)容現(xiàn)象是巖石、尤其是氣飽和法，將試樣飽水24h后作為飽和試樣用于巖軟巖所具有的一種特性，同時(shí)也是巖石流變力學(xué)特石常規(guī)力學(xué)試驗(yàn)以及三軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)．性研究的重要內(nèi)容之一．目前，關(guān)于巖石體積蠕變特表1粉砂質(zhì)泥巖的主要物理水理性質(zhì)指標(biāo)性，尤其是三向應(yīng)力狀態(tài)下的體積蠕變特性的研究成果還較少．因此，筆者采用RLJW一2000

4、型巖石三軸流變伺服儀，對(duì)粉砂質(zhì)泥巖進(jìn)行三軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)，并基于試驗(yàn)結(jié)果，研究巖石蠕變過(guò)程中體積蠕變、體積蠕變速率的變化規(guī)律，以期豐富和完善巖采用TAwA一2000巖石三軸壓力試驗(yàn)機(jī)，對(duì)飽石流變力學(xué)理論，為巖石蠕變破裂失穩(wěn)的研究提供和粉砂質(zhì)泥巖進(jìn)行常規(guī)單軸、三軸壓縮試驗(yàn)，采用軸科學(xué)依據(jù)，對(duì)于保障工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定與安全運(yùn)營(yíng)具向應(yīng)變控制，加載速率為0．O1mm／s．粉砂質(zhì)泥巖的有重要的意義．單軸抗壓強(qiáng)度為11．96MPa，1MPa圍壓下粉砂質(zhì)泥巖的峰值抗壓強(qiáng)度為26．63MPa．1巖石基本物理力學(xué)性質(zhì)2蠕變?cè)囼?yàn)方法與試驗(yàn)結(jié)

5、果試驗(yàn)所用粉砂質(zhì)泥巖取自三峽地區(qū)巴東組二段弱一微風(fēng)化的粉砂質(zhì)泥巖層．對(duì)粉砂質(zhì)泥巖的基本三軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)在河南省巖土力學(xué)與結(jié)構(gòu)工物理水理性質(zhì)進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定，其物理水理性程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，儀器采用RLJW一2000巖石質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1．三軸、剪切流變伺服儀，儀器性能滿(mǎn)足巖石蠕變?cè)囼?yàn)依據(jù)國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)試驗(yàn)規(guī)程制作圓柱形巖要求．石試樣，試樣尺寸65omm×100mm．采用真空抽蠕變?cè)囼?yàn)采用分級(jí)加載方法，試驗(yàn)圍壓1MPa．收稿日期：2013—05一O8基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41140030)；水利部公益性行

6、業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目(201301034)；鄭州市創(chuàng)新型科技人才培育計(jì)劃領(lǐng)軍人才項(xiàng)目(IOLJRC185)；水利部堤防安全與病害防治工程技術(shù)研究中心開(kāi)放課題基金項(xiàng)目(2011—01)．作者簡(jiǎn)介：于懷昌(1978一)，男，內(nèi)蒙古牙克石人，副教授，博士，主要從事巖石流變力學(xué)方面的研究．O第34卷第4期于懷昌，等：粉砂質(zhì)泥巖體積蠕變特性試驗(yàn)研究150O0O0OO00O將1MPa圍壓下常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)得到的粉砂質(zhì)泥系復(fù)雜．在每級(jí)應(yīng)力水平下，體積蠕變曲線都表現(xiàn)出巖試樣抗壓強(qiáng)度的75％～85％作為蠕變?cè)囼?yàn)中擬一定程度的波動(dòng)，

7、說(shuō)明與軸向應(yīng)變、徑向應(yīng)變相比，施加的荷載，在巖石試樣上分級(jí)施加．當(dāng)試樣變形增巖石的體積應(yīng)變可以更準(zhǔn)確地反映出試樣承載力隨量小于0．001mm／d時(shí)，則認(rèn)為巖石蠕變已達(dá)到穩(wěn)時(shí)間增加而不斷損傷弱化的過(guò)程．定狀態(tài)，可以施加下一級(jí)荷載．當(dāng)試樣發(fā)生蠕變破壞由圖2還可以看出，隨著時(shí)間的增加，粉砂質(zhì)泥后，試驗(yàn)停止．試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)自動(dòng)巖體積應(yīng)變呈現(xiàn)非線性變化過(guò)程：巖石體積壓縮、應(yīng)采集，數(shù)據(jù)采集頻率以及室內(nèi)溫度、濕度的設(shè)置參考變?cè)黾拥綉?yīng)變逐漸減小再到擴(kuò)容．當(dāng)應(yīng)力水平為文獻(xiàn)[9]．3MPa時(shí)，體積蠕變曲線變化較?。S應(yīng)力

8、水平增此次蠕變?cè)囼?yàn)，共施加9級(jí)軸向荷載，圖1為試加，粉砂質(zhì)泥巖被壓縮，體積應(yīng)變?cè)黾?，但增加速率?yàn)得到的巖石分級(jí)加載蠕變曲線．曲線上的不同數(shù)較?。畯?MPa到9MPa歷時(shí)373．3h，體積應(yīng)變由值表示軸向應(yīng)力水平值．0．069％增加至0．093％，此時(shí)體積壓縮應(yīng)變達(dá)最大值，之后體積應(yīng)變開(kāi)始逐漸減小，表明應(yīng)力水平9MPa是試樣從以軸向壓縮變形為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐詮较蚺蛎?/p>