冻融循环下花岗岩剪切蠕变试验与模型研究

为探讨冻融对寒区工程岩石剪切蠕变特性的影响，以吉林省辉白隧道花岗岩为研究对象，对经历不同冻融循环次数的试样开展细观特征分析和剪切蠕变试验。试验结果表明：（1）随着冻融次数的增加，试样裂隙、孔隙不断扩展，岩石表面损伤现象愈发明显；（2）试样主要以中小孔隙为主，孔隙度随着冻融次数的增加呈非线性增长趋势；（3）随着冻融循环次数增加，蠕变变形量和蠕变速率逐渐增大，而蠕变时长、破坏应力和长期强度均呈现明显降低趋势。根据试验结果，进行冻融岩石非定常蠕变参数的表达，提出了冻融岩石损伤黏性元件，构建了花岗岩冻融剪切蠕变本构模型。将蠕变试验曲线和理论模型拟合曲线进行对比，验证了模型的正确性和适用性。通过对蠕变参数进行敏感性分析，研究了其对花岗岩蠕变变形的影响，并给出了蠕变参数随冻融循环次数的变化规律。该研究结果对于寒区岩体工程长期稳定性评价具有指导意义。     

冻融循环条件下片麻岩蠕变特性试验研究

为探讨寒冷地区隧道围岩的长期稳定性,选取吉林省辉白隧道中的片麻岩进行冻融循环条件下的三轴蠕变试验,分析了冻融循环作用对片麻岩蠕变特性的影响机制。试验结果表明：随着冻融次数的增加,片麻岩的蠕变变形量逐渐增加,而蠕变破坏应力、蠕变时长、长期强度均有明显降低的趋势。同时冻融循环温度的幅度对片麻岩的各蠕变参数也有一定影响,表现为冻融循环次数相同时,温度越低,岩样的初始瞬时蠕变越大,而蠕变时长与长期强度越小。同时基于试验结果,利用1stOpt优化软件对Burgers模型参数进行辨识,可得模型理论曲线与试验曲线在蠕变减速段和稳定段吻合较好。最后通过SEM扫描和能谱EDS分析了冻融循环对片麻岩微细观结构的影响机制。岩样在长期荷载作用下的破坏模式均为剪切破坏,随着冻融次数的增加,岩石的破裂程度越来越严重、破坏块度越来越小。研究结果为寒区岩石工程的支护设计和防冻害设计提供了参考和依据。     

含水状态下软岩蠕变试验及损伤模型研究

为考虑时效劣化和含水弱化对岩石蠕变参数的劣化效应,提出了蠕变损伤模型,即对西原模型进行参数修正与完善,开展了不同含水状态的软岩三轴蠕变试验。首先,对不同含水率的岩石蠕变规律进行了对比分析,初步揭示了含水状态对岩石蠕变过程影响规律的机理。其次,为了能够较好地描述岩石蠕变过程,引入时效劣化效应和含水弱化效应,并通过试验数据拟合了损伤变量和蠕变参数。最后,将模型的计算值与试验值进行对比分析。结果表明,岩石随着含水率的增大,初始蠕变值和稳态蠕变值有所增大。通过FLAC3D验证了该模型的数值计算值与试验值具有很好的吻合性,提出的岩石时效蠕变损伤模型将为岩石流变特性的研究提供一定的理论基础。     

孔隙水压力对锯齿状结构面剪切蠕变特性的影响

为探究孔隙水压对岩体结构面剪切蠕变特性的影响，自主研制了结构面一体化制作模具和多功能剪切流变仪，开展了孔隙水压力下锯齿状结构面的剪切蠕变试验，分析了孔隙水压对结构面蠕变变形、蠕变速率和长期强度的影响。试验结果表明：不同孔隙水压力下的结构面先后经历了瞬时变形阶段、减速蠕变阶段和稳定蠕变阶段，并且孔隙水压力的增大促进了结构面非线性特征的发展；随着孔隙水压力的增大，结构面瞬时位移、蠕变位移和稳态蠕变速率逐渐增大，而蠕变时长、破坏应力和长期强度均呈现明显降低的趋势。根据试验结果，考虑孔隙水压力对模型参数的影响，将蠕变模型中的瞬时剪切模量、黏性剪切模量以及黏性系数替换为孔隙水压力的函数，构建了能够反映孔隙水压力影响的结构面蠕变模型，并对模型参数进行辨识，将试验曲线和理论模型曲线进行对比，验证了模型的正确性和适用性。研究成果对富水区岩体长期稳定性分析提供一定的理论指导。