不同温度-应力场下泥岩蠕变特性及本构模型

收稿日期:2017-01-02;修回日期:2017-02-11

基金项目:四川省教育厅2016年度科技项目（16ZB0261)

作者简介:袁前胜（1980-)，男，重庆南川人，讲师，硕士，主要研究方向为水利工程二岩土工程二工程管理等三E-mail：eullij7151078＠https://www.360docs.net/doc/8717061587.html,

doi ：10.11988/ckyyb.20170013

2018，35（8)：84-89

不同温度-应力场下泥岩蠕变特性及本构模型

袁前胜

（西昌学院工程技术学院，四川西昌 615013)

摘 要:为探讨不同温度-应力场下泥岩的蠕变力学行为特征，对泥岩开展了常温（25?)二60?和120?下的三轴分级加载蠕变试验，得到了各温度-应力场下对应的蠕变历时曲线和蠕变参数，给出了考虑温度和损伤效应的蠕变本构模型三研究结果表明：高温促进了泥岩内部分子运动，减弱了颗粒之间的相互胶结力，使其蠕变特征明显，而围压则能在一定程度上抑制泥岩内部损伤的发展;稳态蠕变速率随偏应力和温度的升高呈指数型函数增加，随围压升高则呈线性减小;各温度场下，泥岩的长期强度和长期抗剪强度特征参数随围压的升高呈良好的线性关系，相同围压下，温度越高，长期强度越小;在经典西原模型基础上，结合温度-应力场下泥岩的温度效应和损伤效应，建立了热-力耦合作用下的蠕变损伤本构模型，能很好地模拟各温度-应力场下泥岩的蠕变特征，拟合结果表明，弹性模量和黏性系数随温度的升高呈线性减小，而α则随温度的升高呈对数型函数增加三关键词:泥岩;温度-应力场;三轴分级蠕变;稳态蠕变速率;长期强度;本构模型中图分类号:TU45 文献标志码:A 文章编号:1001-5485(2018)08-0084-06

1 研究背景

随着社会经济的快速发展，人类对能源的需求不断扩大，并逐渐向深部地下工程转变，由此带来的与温度相关的地下岩土工程问题正受到众多专家学者的关注三流变现象是岩土工程围压失稳破坏的重要因素之一，特别是岩石的蠕变特性，历来受到研究工作者的高度重视[1]三在地热资源开发与利用二石油开采二煤矿工程二高放废物处置这些长期深部地下工程中，因为涉及到工程长期的稳定安全，岩石蠕变

行为的研究就显得更加重要，其所受应力环境往往比较复杂，常常存在应力二温度二渗流3场之间的耦合作用三

软岩的蠕变行为非常显著，在温度-应力场下的蠕变现象更为突出，其中，泥岩是工程地质当中最为常见的岩石材料之一，由于其含有较多的黏土及胶结物二孔隙率也比较大，在高温作用下的蠕变力学特征更是复杂多变，破坏损伤机制仍需进一步的研究三一些学者针对泥岩在常温条件下的蠕变行为开展了研究，探讨了应力水平二围压对泥岩蠕变力学行为和损伤发展的影响，并与短期力学特征进行了对比[2-6]三范秋雁等[7]专门针对泥岩的蠕变变形机制进行了研究，认为岩石的蠕变是岩石损伤效应与硬化效应共同作用的结果三目前，针对泥岩高温蠕变

力学行为的研究还比较鲜见，茅献彪[8]二张连英等[9]对常温及高温状态下的泥岩进行了单轴分级加载蠕变试验，并初步建立了考虑温度效应的泥岩蠕变本构模型，为相关工程设计提供基础数据三深部地下围岩处于三向应力状态，泥岩受力更加复杂，在温度-三向应力场下的蠕变力学行为也更加复杂三本文在前人研究基础上，开展了不同围压和温度下泥岩的分级加载蠕变试验，探讨泥岩在高温三向应力状态下的蠕变力学特征，为深部地下工程的设计提供基础数据三

2 试验概况

本次试验泥岩取自某矿井地下深500 520m 处，所有试验采用的试样均为自然风干状态，平均密度2.25g /cm 3，按‘工程岩体试验方法标准“（GB /T

50266 2013)[10]要求将样品加工制成Φ50mm ?100mm 的标准圆柱形试件三试验采用RLW -2000微机控制岩石三轴流变试验机和自制的高温加载辅助设备，可实现室温 150?的三轴流变试验三试验共设室温（25?)，60?以及120?3种温度，在每一温度下分别再设置2，4，6，8MPa 4个围压共12个试件，偏应力按照4，8，12，16MPa 的等差应力逐

第35卷第8期长 江 科 学 院 院 报

Vol.35 No.8 2018年8月

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