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粉砂质泥岩峰前、峰后应力松弛特性试验研究

于怀昌 董金玉 刘汉东 黄志全 史广诚 岩石力学与工程学报 2016年第A01期

摘要:采用分级加载方法,对三峡地区巴东组粉砂质泥岩开展峰前、峰后三轴压缩应力松弛试验。依据试验结果,分析峰前弹性段、屈服段,峰后应变软化段、残余强度段岩石应力松弛量、应力松弛度、松弛稳定时间以及应力松弛速率的变化规律,研究峰前、峰后不同阶段岩石应力松弛特征的差异。引入损伤变量对三参量广义Kelvin模型进行改进,建立岩石的非线性应力松弛损伤模型。应用Levenberg-Marquardt算法,辨识得出岩石的应力松弛损伤模型参数。基于辨识结果,分析峰后破裂对岩石应力松弛模型参数的影响作用,研究峰前、峰后不同阶段岩石应力松弛模型参数的变化规律。在试验研究成果的基础上,总结得出峰前、峰后岩石不同的应力松弛机制。研究结果表明:(1)峰前、峰后各阶段中,峰后应变软化段试样的应力松弛量大,应力损失程度高,松弛稳定时间长,应力松弛速率快,工程实践中应尽可能避免使岩石处于峰后应变软化段。(2)峰后各级应变水平试样的G1,G2,凰参数值为峰前0.20%应变水平相应参数值的1%~53%,峰后岩石的应力松弛模型参数值急剧降低。(3)峰后形成的宏观破裂对试样的黏弹性力学特性影响最大,黏性力学特性其次,而对试样的瞬时弹性力学特性影响最小。(4)峰后应变软化段试样的G1,H1模型参数值大幅降低,峰前屈服段试样的G2模型参数值大幅降低。(5)峰前岩石的应力松弛主要是由于岩石内部微裂隙的产生、扩展等原因而引起的,峰后岩石的应力松弛主要是由于岩石中宏观裂纹的产生、扩展以及贯通等原因而引起的。峰前、峰后岩石的应力松弛机制不同。

关键词:岩石力学粉砂质泥岩峰前峰后应力松弛

单位:华北水利水电大学资源与环境学院 河南郑州450045

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