1 引言
巖體蠕變是指在常值應(yīng)力持續(xù)作用下，巖體變形隨試件而持續(xù)增長發(fā)展的過程。巖石蠕變與巖石工程和隧道設(shè)計(jì)施工的關(guān)系最為密切，該方面的研究工作也最具重要性和工程實(shí)用價(jià)值。室內(nèi)蠕變試驗(yàn)是了解巖體蠕變力學(xué)特性的主要手段，巖體在不同應(yīng)力狀態(tài)下的不同蠕變試驗(yàn)曲線如圖1所示。
圖1 巖石3種典型的蠕變試驗(yàn)曲線
圖1中，Ο1A、AB、BC階段分別代表初始蠕變、穩(wěn)態(tài)蠕變和加速蠕變，ε代表應(yīng)用，t代表時(shí)間，Ο為坐標(biāo)原點(diǎn)。
2 類巖石試件配置及常規(guī)強(qiáng)度測試
類巖石材料取石膏混合材料，輔料為重晶石粉、石英砂、鐵精粉、松香、酒精的拌合料。試件加工過程為：1）量取；2）拌勻；3）組裝模具（模具實(shí)體見圖2）；4）填料；5）壓力成型；6）拆模；7）養(yǎng)護(hù)。
圖2 模具實(shí)體
加工成的標(biāo)準(zhǔn)試件如圖3所示。
圖3 試件樣本
在電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)上測試試件的單軸抗壓強(qiáng)度，所使用廣州澳金生產(chǎn)的試驗(yàn)機(jī)如圖4所示。
圖4 電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)
試驗(yàn)測得試件的平均單軸抗壓強(qiáng)度為2.65MPa，為試件蠕變分級(jí)加載提供參考和依據(jù)。
3 類巖石試件蠕變試驗(yàn)
蠕變試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)如圖5所示。
圖5 蠕變試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)
因?yàn)樵嚰膯屋S抗壓強(qiáng)度為2.65MPa，所以，蠕變試驗(yàn)所加初始荷載為1.07kN，先位移控制，再應(yīng)力控制，采樣間隔為1min。當(dāng)位移增量小于0.001mm/h時(shí)，可施加下一級(jí)荷載，各級(jí)荷載持續(xù)時(shí)間約為2h，直至試件破壞。
隨機(jī)選取4個(gè)試樣進(jìn)行測試，荷載級(jí)別分別為21%σc，33%σc，45%σc，58%σc，70%σc，82%σc，94%σc（σc為試樣單軸抗壓強(qiáng)度）
試件蠕變破壞形態(tài)如圖6所示，多為劈裂破壞，破壞機(jī)理與巖石蠕變破壞類似。
圖6 試件蠕變破壞形態(tài)
以試樣1為例，各級(jí)荷載作用下相似模型的蠕變變形如圖7所示。
圖7 試樣1軸向變形與時(shí)間關(guān)系
圖7（a）所示為前六應(yīng)力水平階段。從圖7（a）可以看出，各級(jí)應(yīng)力荷載作用下，試件軸向變形曲線屬于同一類型，即只出現(xiàn)初始蠕變和穩(wěn)態(tài)蠕變兩個(gè)階段，并且當(dāng)應(yīng)力水平較低時(shí)，穩(wěn)態(tài)蠕變的斜率隨應(yīng)力水平的增大而增大；圖7（b）所示：試驗(yàn)應(yīng)力一旦達(dá)到試樣的破壞應(yīng)力閥值，蠕變就會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)迅速進(jìn)入非線性加速破壞階段。
圖7表明，類巖石蠕變試驗(yàn)結(jié)果符合圖1中巖石的3種典型蠕變試驗(yàn)曲線，即控制應(yīng)力的大小可出現(xiàn)初始蠕變、穩(wěn)態(tài)蠕變和加速蠕變?nèi)齻�(gè)階段。
4 結(jié)論
試驗(yàn)驗(yàn)證，類巖石和現(xiàn)場巖石蠕變特性相似。所以，對(duì)于較難采樣的工程現(xiàn)場，可根據(jù)相似原理，通過對(duì)類巖石的蠕變力學(xué)分析類推現(xiàn)場巖石的蠕變性質(zhì)。該研究能夠?yàn)榈叵露词覈鷰r的穩(wěn)定性提供技術(shù)服務(wù)。 |
