第四章 岩石得蠕变
五、岩石得蠕变
1、蠕变特征
①岩石蠕变得概念
在应力不变得情况下,岩石变形随时间t而增长得现象。
②岩石蠕变类型
有两种类型:
稳定型蠕变
非稳定型蠕变
a、稳定型蠕变:
应力作用下,
随时间递减,
零,即,
一般在较小应力
或硬岩中。
b、非稳定型蠕变:岩石在恒定应力作用下,岩石变形随时间不断增长,
直至破坏。
一般为软弱岩石或应力较大。
③蠕变曲线变化特征
三个阶段:
Ⅰ阶段:初期蠕变。
曲,
属弹性变形。
Ⅱ阶段:等速蠕变。
应变－时间曲线近似直线,应变随时间呈近于等速增长。出现塑性。
Ⅲ阶段:加速蠕变。
应变－时间曲线向上弯曲,其应变速率加快直至破坏。
应指出,并非所有得蠕变都能出现等速蠕变阶段,只有蠕变过程中结构得软化与硬化达到动平衡,蠕变速率才能保持不变。
在Ⅰ阶段,如果应力骤降到零,则－t曲线具有PQR形式,曲线从P点骤变到Q点,PQ＝为瞬时弹性变形,而后随时间慢慢退到应变为零,这时无永久变形,材料仍保持弹性。
在Ⅱ阶段,如果把应力骤降到零,则会出现永久变形,其中TU＝。
变速度变化缓慢,
稳定。应力增大时
率增大。高应力时
速,
蠕变速率越大,反之愈小。
岩石长期强度:指岩石由稳定蠕变转为非稳定蠕变时得应力分界值。
即,岩石在长期荷载作用下经蠕变破坏得最小应力值(或)
岩石极限长期强度:指长期荷载作用下岩石得强度。
2、蠕变经验公式
由于岩石蠕变包括瞬时弹性变形、初始蠕变、等速蠕变与加速蠕变,则在荷载长期作用下,岩石蠕变得变形可用经验公式表示为: ＝+++
－瞬时变形;－初始蠕变;－等速蠕变;－加速蠕变。
对于前两个阶段,目前得经验公式主要有三种:
①幂函数
取
第一阶段:;
第二阶段:,＞
、就是试验常数,其值取决于应力水平、材料特性以及温度条件。
②对数函数:
B、D就是与应力有关得常数。
③指数函数
,或
A为试验常数,就是时间t得函数
伊文思(Evans)对花岗岩、砂岩与板岩得研究:
,
C为试验常数,n=0、4; 而哈迪(Hardy)给出经验方程,
,
A、C为试验常数。
3、蠕变理论模型(理论公式)
(1)基本模型
由于岩石材料具有弹性、刚性、粘性与塑性,目前采用简单得机械模型来模拟材料得某种性状。将这些简单得机械模型进行不同得组合,就可以得到岩石得不同蠕变方程式,以模拟不同得岩石蠕变。
常用得简单模型有两种:
一种就是弹性模型,
另一种就是粘性模型。
①弹性模型
这种模型就是线弹性得,
系:
这种模型可用刚度为G 得弹簧来表示。
这种模型称为牛顿物质,它可用充满粘性液体得圆筒形容器内得有孔活塞(称为缓冲壶)来表示。
③塑性
④刚体
(2)组合模型
由于大多数岩体都表现出瞬时变形(弹性变形)与随时间而增长得变形(粘性变形),因此,可以说岩石就是粘--弹性得。
将弹性模型与粘性模型用各种不同方式组合,就可以得到不同得蠕变模型。
串联:每个单元模型担负同一总荷载,其应变率之与等于总应变率。
并联:每个单元模型担负得荷载之与等于总荷载,而她们得应变率就是相等得。
①马克斯韦尔(Maxwell)模型
这种模型用弹性模型与粘性模型串联而成。
其特征就是:当应力骤然施加并保持为常数时,变形以常速率不断发展。这个模型用两个G与描述,
由于串联,有: (1-1)
且 (1-2) 则 (1-3)
粘性模型 , 弹性模型 (1-4)
所以由(1-3) (1-5)
得微分方程: (1-6)
对上式微分方程求解可得到应变—时间关系式。
方程得通解就是:
(1-7)
讨论
a、对于单轴压缩,在t＝0时,骤然施加轴向应力() 方程得解为:
(1-8)
初期为瞬间弹性变形,后期为粘性变形。 其中, 为体积变形模量。G 刚度系数。
b 、 当(松弛):
② 伏埃特(Voigt)模型(粘弹性固体)
是由弹性与粘性模型并联而成。特
点:当骤然应力施加时,应变速率
随时间递减,在t增加到一定值时,
应变趋于零。
这个模型用两个常数G与描述。
并联: (2-1)
(2-2)
又
代入(2-1)式
则 (2-3)
方程通解:
对于单轴压缩,t＝0时施加,并保
持不变,则蠕变曲线为:
(2-5)
在初期,粘性变形为主,后期弹性变形为主,反映了弹性后效现象。
③广义马克斯韦尔模型
该模型由伏埃特模型与粘性单元串联而成, 用三个常数G,,
特点:
增长,
设:
－应变分别为:,
粘性单元为,
因为 (3-1)
由伏埃特模型(2-3)式,并联模型 (3-2)
而粘性模型 (3-3)
, (3-4)
由(3-2) (3-5)
由(3-3) (3-6)
(3-1)代入(3-5),(3-6),再由(3-4),有: 得
(3-7)
再由有 (3-8)
对(3-5)、(3-6)式求导:
各种常见岩石
各种常见岩石特征描述 岩石名称特征描述图片板岩slate 具特征板状构造的浅变质岩石，基本没有重结晶，沿板理方向可以剥成薄片。颜色随其所含有的杂质不同 而变化，含铁的为红色或黄色；含碳质的为黑色或灰色；含钙的遇盐酸会起泡，因此一般以其颜色命 名分类，如灰绿色板岩、黑色板岩、钙质板岩等。由黏土岩、粉砂岩和中酸性凝灰岩经轻微变质作用 所形成。可以作为建筑材料和装饰材料。 千枚岩Phyllite 千枚岩是具有千枚状构造的低级变质岩石。原岩通常为泥质岩石（或含硅质、钙质、炭质的泥质岩）、粉砂岩及中、酸性凝灰岩等，经区域低温动力变质作用或区域动力热流变质作用的底绿片岩相阶段形成。主要由细小的绢云母、绿泥石、石英等矿物组成。岩石具细粒鳞片变晶结构，片理面上具有明显的丝绢光泽，并常具皱纹构造。变质程度介于板岩和片岩之间。典型的矿物组合为绢云母、绿泥石和石英，可含少量长石及碳质、铁质等物质。 片岩schist 具有明显片状构造的区域变质岩石，原岩已全部重结晶，由片状、柱状和粒状矿物组成。岩石具鳞片变晶结构、纤状变晶结构和斑状变晶结构。石英含量一般大于长石，长石含量常少于25%~30%，按主要片状或柱状矿物的不同可分为云母片岩、滑石片岩、石墨片岩等。片岩的类型主要取决于原岩类型，也与经历的温度压力条件密切相关。主要有云母片岩类、钙硅酸盐片岩类、绿片岩类（原岩一般为中性至基性的火山岩、火山碎屑岩和钙质白云质泥灰岩等，经低级区域变质作用形成，是绿片岩相中常见的典型岩石。矿物成分主要有绿泥石、绿帘石、阳起石、钠长石、石英、方解石、白云母，副矿物有磁铁矿、榍石、磷灰石等。 ）、镁质片岩类、闪石片岩类、蓝闪片岩类等。
岩石材料的蠕变实验及本构模型研究
岩石材料的蠕变实验及本构模型研究 流变学作为力学的一个分支,主要研究材料在应力、应变、温度、辐射等条件下与时间因素有关的变形规律,所涉及的内容包括蠕变、应力松弛和弹性后效等。蠕变是影响岩体稳定性的一个重要因素。 软弱岩石在受到较低水平的应力作用时,就会产生明显的蠕变现象,如软岩巷道中的底鼓,即使是很坚硬的岩体,在高应力作用下同样会产生蠕变,从而影响到工程的功能和使用。因此,需要对岩石材料的蠕变行为进行深入研究,力求从本质上揭示其蠕变行为的特征。 本文通过实验研究和理论分析,得到了盐岩的基本力学参数,并研究了盐岩在不同应力条件下的力学特性和蠕变行为。以经典蠕变模型为基础,结合分数阶微积分理论,构建了一个新的蠕变模型,并利用盐岩、泥岩和煤岩的蠕变实验数据对其进行了验证。 (1)对盐岩材料进行了多组单轴和三轴压缩实验,并在每组实验中选取三个试样重复进行实验,以此来降低实验的随机性和试样个体的差异性。结果三个试样的测试结果比较接近,此批试样的个体差异性较小。 此外,常规压缩实验的结果还表明随着围压的增大,抗压强度和最大应变会随之增大。(2)在单轴蠕变实验中,选取了四个轴压水平来进行实验,分析了不同轴压对蠕变的影响。 当轴压水平越大时,加速蠕变阶段就会越早地出现,并且稳定蠕变应变率也会越大。与单轴蠕变相比,当材料受到一个较小的围压作用时,其蠕变行为也会发生巨大的变化,例如蠕变应变率大幅下降、蠕变时间大幅增长、加速蠕变阶段缺失等。
(3)通过分析不同应力条件下的蠕变应变率可以发现,稳定蠕变应变率与轴压大小呈线性关系,加速蠕变应变率与轴压大小也呈现出正相关性。此外,蠕变等时曲线表明随着时间的延长,轴压大小对蠕变的影响会越来越明显。 相反,围压会明显地降低蠕变应变率并抑制蠕变行为的发展。(4)结合分数阶微积分理论构建了一个新的非线性蠕变模型,并利用广义塑性力学理论和张量分析理论对新模型在三轴应力状态下的蠕变方程进行了推导。 以盐岩实验数据为基础,对蠕变模型的参数进行了辨识,并验证了模型的准确性。此外,利用泥岩和煤岩的蠕变实验数据对模型的适用性进行了验证,结果表明新模型可以应用于模拟多种岩石材料的蠕变全过程,具有较为广泛的适用性。
常用岩土材料参数和岩石物理力学性质一览表
(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下： ) 21(3ν-= E K ) 1(2ν+= E G （7.2） 当ν值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5，因为计算的K 值将会非常的高，偏离实际值很多。最好是确定好K 值(利用压缩试验或者P 波速度试验估计)，然后再用K 和ν来计算G 值。 表7.1和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。 岩石的弹性（实验室值）（Goodman,1980） 表7.1 土的弹性特性值（实验室值）（Das,1980） 表7.2 各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况，横切各向同性弹性模型需要5 中弹性常量：E 1, E 3, ν12,ν13和G 13；正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E 1,E 2,E 3, ν12,ν13,ν23,G 12,G 13和G 23。这些常量的定义见理论篇。 均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。一些学者已经给出了用各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表3.7给出了各向异性岩石的一些典型的特性值。 横切各向同性弹性岩石的弹性常数（实验室） 表7.3
流体弹性特性——用于地下水分析的模型涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量K f ，如果土粒是可压缩的，则要用到比奥模量M 。纯净水在室温情况下的K f 值是2 Gpa 。其取值依赖于分析的目的。分析稳态流动或是求初始孔隙压力的分布状态（见理论篇第三章流体-固体相互作用分析），则尽量要用比较低的K f ，不用折减。这是由于对于大的K f 流动时间步长很小，并且，力学收敛性也较差。在FLAC 3D 中用到的流动时间步长,? tf 与孔隙度n ，渗透系数k 以及K f 有如下关系： ' f f k K n t ∝ ? （7.3） 对于可变形流体（多数课本中都是将流体设定为不可压缩的）我们可以通过获得的固结系数νC 来决定改变K f 的结果。 f 'K n m k C + = νν （7.4） 其中 3 /4G K 1 m += ν f 'k k γ= 其中，' k ——FLAC 3D 使用的渗透系数 k ——渗透系数，单位和速度单位一样（如米/秒） f γ——水的单位重量 考虑到固结时间常量与νC 成比例，我么可以将K f 的值从其实际值（Pa 9 102?）减少，利用上面得表达式看看其产生的误差。 流动体积模量还会影响无流动但是有空隙压力产生的模型的收敛速率（见1.7节流动与力学的相互作用）。如果K f 是一个通过比较机械模型得到的值，则由于机械变形将会产生孔隙压力。如果K f 远比k 大，则压缩过程就慢，但是一般有可能K f 对其影响很小。例如在土体中，孔隙水中还会包含一些尚未溶解的空气，从而明显的使体积模量减小。 在无流动情况下，饱和体积模量为： n K K K f u + = （7.5） 不排水的泊松比为：
三大岩石的主要特征以及类型
地球科学概论 地球上的岩石千变万化，它是一种或多种矿物的集合体，它是构成地壳的基本部分。按其成因可分为三大类：岩浆岩(火成岩)、沉积岩和变质岩。 一、三大岩石的主要特征以及类型 （一）、岩浆岩 岩浆岩又称火成岩，是由地壳下面的岩浆沿地壳薄弱地带上升侵入地壳或喷出地表后冷凝而成的。岩浆是存在于地壳下面高温、高压的熔融状态的硅酸盐物质(它的主要成分是SiO2，还有其他元素、化合物和挥发成分)。岩浆内部的压力很大，不断向压力低的地方移动，以至冲破地壳深部的岩层，沿着裂缝上升，喷出地表；或者当岩浆内部压力小于上部岩层压力时迫使岩浆停留下，冷凝成岩。 1、岩浆岩的主要特征 ①构造特征：岩浆岩中有一些自己特有的结构和构造特征，比如喷出岩是在温度、压力骤然降低的条件下形成的，造成溶解在岩浆中的挥发份以气体形式大量逸出，形成气孔状构造。当气孔十分发育时，岩石会变得很轻，甚至可以漂在水面，形成浮岩等； ②冷凝特征：岩浆岩是由岩浆直接冷凝形成的岩石，因此，具有反映岩浆冷凝环境和形成过程所留下的特征和痕迹，与沉积岩和变质岩有明显的区别。2、岩浆岩的分类 依冷凝成岩时的地质环境的不同，将岩浆岩分为三类： 喷出岩(火山岩)：岩浆喷出地表后冷凝形成的岩浆岩称为喷出岩。在地表的条件下，温度下降迅速，矿物来不及结晶或者结晶差，肉眼不易看清楚。如流纹岩、安山岩、玄武岩等; 浅成岩：岩浆沿地壳裂缝上升至距地表较浅处冷凝形成的岩浆岩。由于岩浆压力小，温度下降较快，矿物结晶较细小。如花岗斑岩、正长斑岩、辉绿岩等; 深成岩：岩浆侵入地壳深处(约距地表3公里)冷凝形成的岩浆岩。由于岩浆压力大，温度下降缓慢，矿物结晶良好。如花岗岩、正长岩、辉长岩等。 其中，深成岩和浅成岩又统称侵入岩。
第四章3岩石的蠕变
五、岩石的蠕变 1、 蠕变特征 ① 岩石蠕变的概念 在应力σ不变的情况下，岩石变形随时间t 而增长的现象。 即 dt d ε 随时间而变化。 ②岩石蠕变类型 有两种类型： 稳定型蠕变 非稳定型蠕变
a、稳定型蠕变 应力作用下， 随时间递减， dε 零，即0 = dt 域稳定。 一般在较小应力下或硬岩中。 b、非稳定型蠕变：岩石在恒定应力作用下，岩石变形随时间不断增 长，直至破坏。 一般为软弱岩石或应力较大。
③蠕变曲线变化特征 三个阶段： Ⅰ阶段：初期蠕变。 d 曲，应变速率 dt 小。属弹性变形。 Ⅱ阶段：等速蠕变。 应变－时间曲线近似直线，应变随时间呈近于等速增长。出现塑性。
Ⅲ阶段：加速蠕变。 应变－时间曲线向上弯曲，其应变速率加快直至破坏。 应指出，并非所有的蠕变都能出现等速蠕变阶段，只有蠕变过程中结构的软化和硬化达到动平衡，蠕变速率才能保持不变。 在Ⅰ阶段，如果应力骤降到零，则ε－t曲线具有PQR形式，曲线从P 点骤变到Q点，PQ＝ ε为瞬时弹性变形，而后随时间慢慢退到应变为 e 零，这时无永久变形，材料仍保持弹性。 在Ⅱ阶段，如果把应力骤降到零，则会出现永久变形，其中TU＝ ε。 e
有直接关系。 变速度变化缓慢， 稳定。 率增大。 蠕变速率越大，反之愈小。
岩石长期强度：指 岩石由稳定蠕变转为非稳定蠕变时的应力分界值。即，岩石在长期荷载作用下经蠕变破坏的最小应力值(∞σ或∞τ) 岩石极限长期强度：指长期荷载作用下岩石的强度。 2、 蠕变经验公式 由于岩石蠕变包括瞬时弹性变形、初始蠕变、等速蠕变和加速蠕变，则在荷载长期作用下，岩石蠕变的变形ε可用经验公式表示为： ε＝e ε+)(t ε+t M +)(t T ε e ε－瞬时变形；)(t ε－初始蠕变；t M －等速蠕变；)(t T ε－加速蠕变。
岩石蠕变模型研究进展及若干问题探讨
0引言 岩石在长时间应力、温度和差应力作用下发生永久变形不断增长的现象，叫做岩石的蠕变。早在 1939年Griggs [1]在对砂岩、泥板岩和粉砂岩等进行 大量蠕变试验时就发现，当荷载达到破坏荷载的 12.5%~80%时就发生蠕变，它是岩石流变力学中最 主要的一种现象，也是岩土工程变形失稳的主要原因。1980年湖北省盐池磷矿由于岩石的蠕变，160m 高，体积约100万m 3的山体突然崩塌，4层楼被抛 掷对岸，造成了巨大的伤亡。在国外岩石蠕变研究中，Okubo [2]（1991）完成了大理岩、砂岩、花岗岩和灰岩等岩石的单轴压缩试验，获得了岩石加速蠕变阶段的应变-时间曲线，结果表明蠕变应变速率与时间成反比例关系。 E.Maranini [3]（1999）对石灰岩等进行了单轴和三轴压剪蠕变试验，研究表明，石灰岩的蠕变最主要的表现在是低围压情况下的扩张、裂隙，而在高围压状态下，岩石内部则发生孔隙塌陷，得出石灰岩的蠕变对岩石主要影响是其屈服应力的降低。Hayano K [4]（1999）等进行了沉积软岩的长期蠕变试验。K.Shina [5]（2005）对日本的6种岩石进行了各种条件下单轴和三轴压缩，拉伸试验，统计了各种蠕变影响参数，如蠕变应力对时间的依赖性参数δ，蠕变寿命相关系数α和β等，并对其强度和蠕变寿命做了分析。由此可见，研究和开展岩石蠕变特性的研 基金项目：安徽建筑工业学院2010年度大学生科技创新基金 (20101018)。 作者简介：马珂（1987—），男，安徽安庆人，硕士,主要从事岩石力学 方面研究。 收稿日期：2011-05-26责任编辑：樊小舟 岩石蠕变模型研究进展及若干问题探讨 马珂，宛新林，贾伟风，宛传虎 （安徽建筑工业学院土木工程学院，安徽合肥230022） 摘要：岩石蠕变是岩土工程变形失稳的主要原因之一。近年来蠕变研究正处于一个探索阶段，本文从四个方面综述了蠕变模型的研究进展。研究发现，在岩石蠕变的三个阶段中利用经典本构模型均很难描述加速蠕变阶段，研究者们通过新的元件或者改进的非线性黏弹塑性本构模型可以很好的模拟岩石蠕变实际曲线；基于损伤理论的岩石蠕变模型是近年来发展的主要方向，可以很好的解决岩石微观裂纹所带来的蠕变；随着岩石深部工程的发展，岩体受到周围实际环境下的影响是不可忽略的，从而研究含水量的变化与水力和其它应力耦合下的岩石蠕变也是今后的重点。最后指出，由于试验仪器的原因，高温高压和各向异性下的岩石蠕变模型研究进行的还不是很多，是今后岩石蠕变研究的难点。 关键词：岩石蠕变；本构模型；非线性黏弹塑性；损伤；各向异性：高温高压中图分类号：TU454 文献标识码：A Advances in Rock Creep Model Research and Discussion on Some Issues Ma Ke,Wan Xinlin,Jia Weifeng and Wan Chuanhu (Civil Engineering Department,Anhui University of Architecture,Hefei,Anhui 230022) Abstract:The rock creep is one of major causes in geotechnical engineering deformation and destabilization.The creep research is just in an exploring stage in recent years,the paper has summed up the progress of creep model research from 4aspects.The research has found,among three stages of rock creep,the accelerated creep stage is hard to describe through classic constitutive models,the researchers have found that through new elements or using modified nonlinear visco-elastoplastic constitutive models can modulate rock creep active curves commendably.Rock creep model based on damage theory is the major development direction in recent years;it can solve the rock creep issues brought by microfissures.Along with development of deep rock engineering,impacts from peripheral practical setting on rock mass should not be ignored,thus to study rock creep under coupled moisture content variation and hydraulic,as well as other stresses is also emphasized from now on.Finally,the paper has point out,in virtue of testing instrument,the studies on rock creep model under high temperature,high pressure and anisotropy are not many thus far,and thus the nodus in rock creep studies henceforth. Keywords:rock creep;constitutive model;nonlinear visco-elastoplastic;damage;anisotropy;high temperature and high pressure 中国煤炭地质 COAL GEOLOGY OF CHINA Vol．23No．10Oct ．2011 第23卷10期2011年10月 文章编号：1674－1803（2011）10－0043－05 doi ：10.3969/j.issn.1674-1803.2011.10.10
第23例 材料蠕变分析实例
第23例材料蠕变分析实例—受拉平板本例简单地介绍了蠕变的概念及蠕变材料模型的创建方法，简单地介绍了结构蠕变分析的方法、步骤及要点。 23.1蠕变简介 蠕变是指金属材料在长时间的恒温、恒载作用下，持续发生缓慢塑性变形的行为，大多数金属材料在高温下都会表现出蠕变行为。 如果材料发生了蠕变，在恒载作用下结构会发生持续变形；如果结构承受恒位移，则应力会随时间而减小，即产生应力松弛。 图23-1 蠕变曲线 蠕变一般分为蠕变初始阶段（Primary）、蠕变稳定阶段（Secondary）和蠕变加速阶段(Tertiary)三个阶段，如图23-1所示。蠕变初始阶段时间很短，应变率随时间而减小；在蠕变稳定阶段，应变以常速率发展；在蠕变加速阶段，应变率急剧增大直至材料失效。研究蠕变行为，主要针对蠕变初始阶段和蠕变稳定阶段。 研究问题时一般以蠕变方程（又称本构关系）来表征蠕变行为，蠕变方程以蠕应变率的，形式表示dεcr/dt =AσBεC t P式中，εcr为蠕应变。A、B、C、D是由实验得到的材料特性参数。当D<0时，蠕应变率随时间减小，材料处于蠕变初始阶段；当D=0时，蠕应变率不随时间变化，材料处于蠕变稳定阶段。
在ANSYS中，有一个蠕应变率库供选择。 23.2问题描述 一矩形平板，左端固定，右端作用有恒定压力p=100MPa，矩形平板尺寸如图23-2所示，材料的弹性模量为2xl05MPa，泊松比为0.3，蠕变稳定阶段蠕变方程dεcr/dt =C1σC2。C2，式中，C1=3.125 x10-14，C2=5。试分析平板右端的位移随时间的变化情况。 提示：为避免出现较小值，力单位用N，长度单位用mm，时间单位为h。 图23-2受拉矩形平板 23.3分析步骤 23.3.1改变任务名 拾取菜单Utility Menu→File→Change Jobname，弹出如图23-3所示的对话框，在“[/FJLNAM]”文本框中输入EXAMPLE23，单击“OK”按钮。 图23-3改变任务名对话框 23.3.2选择单元类型 拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit／Delete，弹出如图23-4所示的对话框，单击“Add…”按钮，弹出如图23-5所示的对话框，
第四章 3 岩石的蠕变
1 / 46 ε σ 五、岩石的蠕变 1、 蠕变特征 ① 岩石蠕变的概念 在应力σ不变的情况下，岩石变形随时间t 而增长的现象。 即 dt d ε 随时间而变化。 ②岩石蠕变类型 有两种类型： 稳定型蠕变 非稳定型蠕变
2 / 46 a 、 稳定型蠕变：在 恒定应力作用下，变形速率随时间递减， 最终趋于零，即 0=dt d ε ，变形区域稳定。 一般在较小应力下或硬岩中。 b 、 非稳定型蠕变：岩石在恒定应力作用下，岩石变形随时间不 断增长，直至破坏。 ε Ⅰ Ⅱ Ⅰ t
一般为软弱岩石或应力较大。 ③蠕变曲线变化特征 岩石的蠕变曲线可分为 三个阶段： Ⅰ阶段：初期蠕变。 应变－时间曲线向下弯 曲，应变速率 dt d 由大变小。属弹性变形。 Ⅱ阶段：等速蠕变。 t ε A B C P Q R εe T U V Ⅰ Ⅲ Ⅱ 3 / 46
应变－时间曲线近似直线，应变随时间呈近于等速增长。出现塑性。Ⅲ阶段：加速蠕变。 应变－时间曲线向上弯曲，其应变速率加快直至破坏。 应指出，并非所有的蠕变都能出现等速蠕变阶段，只有蠕变过程中结构的软化和硬化达到动平衡，蠕变速率才能保持不变。 在Ⅰ阶段，如果应力骤降到零，则ε－t曲线具有PQR形式，曲线从P点骤变到Q点，PQ＝ ε为瞬时弹性变形，而后随时间慢慢退到应变 e 为零，这时无永久变形，材料仍保持弹性。 4 / 46
在Ⅱ阶段，如果把应力骤降到零，则会出现永久变形，其中TU＝e 。 ④不同应力下的蠕变 岩石蠕变速率与应力大小 有直接关系。低应力时， 应变速度变化缓慢，逐渐 趋于稳定。应力增大时， 应变速率增大。高应力时，蠕变加速，直至破 t ε a a 10 15 18 20 25 b b b b b a－稳定蠕变(不破坏) b－非稳定蠕变(蠕变破坏) 5 / 46
认识几种常见的岩石
《认识几种常见的岩石》教学设计 【设计意图】 自然界的岩石种类是数不胜数的，面对这些岩石，学生该如何去辨别呢？这节课的标题是《认识几种常见的岩石》，通过观察，对比资料，这节课认识了这几种常见的岩石，但是时间一久，学生又马上会忘记。所以，这节课我在设计时把核心目标定位在“方法”上——通过观察几种常见的岩石，初步尝试像科学家那样用科学系统的方法来辨别岩石。希望通过活动，学生能认识其中的几种岩石，但最重要的还是学生尝试并初步学会这种方法的使用。 【教材分析】： （一）背景和目标 本课指导学生认识几种常见的岩石一页岩、砂岩、花岗岩、石灰岩、大理岩的特征。在观察上，不再只停留在颜色、光滑还是粗糙、是否透明等这些常见的物质属性方面，而是要进一步从岩石的结构、构造等方面进行观察。这是由于岩石是在各种不同地质条件作用下产生的，是按一定的结构和构造构成的，由矿物组合而成的矿物集合体。页岩、砂岩、花岗岩、石灰岩、大理岩这几种岩石从成因上分类分别属于沉积岩、岩浆岩、变质岩，在结构和构造上有显著的不同。通过本课教学，不仅认识这几种岩石的特性，还要进一步提高学生的观察能力和探究能力。这将为今后理解岩石的特性和成因之间的关系奠定一定的基础。 本课内容分为两部分:一是“进一步观察岩石”，二是“怎样识别它们”。 (二)教学准备： 1、分组实验器材：标签或记号笔。 2、教师演示器材:页岩、砂岩、花岗岩、石灰岩、大理岩，滴管、稀盐酸、放大镜、岩石标本，滴管、稀盐酸，有关岩石用途的课件。 (三)教材说明 本课的重点是观察、记录几种岩石的特征。难点是根据岩石的特征对照资料识别它们。 第一部分:进一步观察岩石 在第一课初步了解到岩石的外部特征后，本课通过对几种常见岩石的观察和识别，指导学生进一步学习观察岩石的方法。教材选用的是页岩、砂岩、石灰岩、砾岩、花岗岩、大理岩。为什么选用这几种岩石呢，因为这几种岩石比较普遍又容易找到，还被人们在生产和生活中广泛应用。从成因上分类，它们分属沉积岩、岩浆岩、变质岩，在结构和构造上特征明显。 “进一步观察岩石”的活动有两个目的:一是指导学生学习新的观察方法，二是引导学生关注岩石的本质特征，比如结构、构造等。结构主要指组成岩石的矿物颗粒的颜色、形状、大小，以及相互关系等。构造主要指各组成岩石的矿物的排列方式和充填方式所赋予
岩石力学(沈明荣)考试重点
一章： 1.叙述岩体力学的定义.：岩体力学主要是研究岩石和岩体力学性能的一门学科，是探讨岩石和岩体在其周围物理环境（力场、温度场、地下水等）发生变化后，做出响应的一门力学分支。 2.何谓岩石？何谓岩体？岩石与岩体有何不同之处？（1）岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体。（2）岩体：一定工程范围内的自然地质体。（3）不同之处：岩体是由岩石块和各种各样的结构面的综合体。 3.何谓岩体结构？岩体结构的两大要素是什么？ （1）岩体结构是指结构面的发育程度及其组合关系；或者是指结构体的规模、形态及其排列形式所表现的空间形态。（2）结构体和结构面。 4. 岩体结构的六大类型？ 块状、镶嵌、层状、碎裂、层状碎裂、松散结构。 5.岩体有哪些特征？（1）不连续；受结构面控制，岩块可看作连续。（2）各向异性；结构面有一定的排列趋势，不同方向力学性质不同。（3）不均匀性；岩体中的结构面方向、分布、密度及被结构面切割成的岩块的大小、形状和镶嵌情况等在各部位不同，各部位的力学性质不同。（4）赋存地质因子特性（水、气、热、初应力）都会对岩体有一定作用。 二章：岩石物理力学性质有哪些？ 岩石的质量指标，水理性质指标，描述岩石风化能力指标，完整岩石的单轴抗压强度，抗拉强度，剪切强度，三向压缩强度和各种受力状态相对应的变形特性。影响岩石强度特性的主要因素有哪些？对单轴抗压强度的影响因素有承压板、岩石试件尺寸及形状（形状、尺寸、高径比），加载速率、环境（含水率、温度）。对三相压缩强度的影响因素：侧向压力、试件尺寸与加载速率、加载路径、空隙压力。 什么是岩石的应力应变全过程曲线？所谓应力应变全过程曲线是指在刚性实验机上进行实验所获得的包括岩石达到峰值应力之后的应力应变曲线。 2.4简述岩石刚性实验机的工作原理？：压力机加压（贮存弹性应能）岩石试件达峰点强度（释放应变能）导致试件崩溃。AA′O2O1面积—峰点后，岩块产生微小位移所需的能。ACO2O1面积——峰点后，刚体机释放的能量（贮存的能量）。ABO2O1——峰点后，普通机释放的能量(贮存的能量)。当实验机的刚度大于岩石的刚度，才有可能记录下岩石峰值应力后的应力应变曲线。 莫尔强度理论，格尔菲斯强度理论和E.hoek和E.T.brown提出的经验理论的优缺点？：莫尔强度理论优点是使用方便，物理意义明确；缺点是1不能从岩石破坏机理上解释其破坏特征2忽略了中间主应力对岩石强度的影响；格尔菲斯强度理论优点是明确阐明了脆性材料破裂的原因、破裂所需能量及破裂扩展方向；缺点是仅考虑岩石开裂并非宏观上破坏的缘故。E.hoek和E.T.brown提出的经验理论与莫尔强度理论很相似其优点是能够用曲线来表示岩石的强度，但是缺点是表达式稍显复杂。 典型的岩石蠕变曲线有哪些特征？典型的岩石蠕变曲线分三个阶段第Ⅰ阶段：称为初始蠕变段或者叫瞬态蠕变阶段。在此阶段的应变一时间曲线向下弯曲；应变与时间大致呈对数关系，即ε∝㏒t。第Ⅱ阶段：称为等速蠕变段或稳定蠕变段。在此阶段内变形缓慢，应变与时间近于线性关系。第Ⅲ阶段：称为加速蠕变段非
第四章 3 岩石的蠕变
. . . .. .. 五、岩石的蠕变 1、 蠕变特征 ① 岩石蠕变的概念 在应力σ不变的情况下，岩石变形随时间t 而增长的现象。 即 dt d ε 随时间而变化。 ②岩石蠕变类型 有两种类型： 稳定型蠕变 非稳定型蠕变
. . . .. .. a 、 稳定型蠕变 应力作用下，随时间递减，零，即 0=dt d ε 域稳定。 一般在较小应力下或硬岩中。 b 、 非稳定型蠕变：岩石在恒定应力作用下，岩石变形随时间不断增长，直至破坏。 一般为软弱岩石或应力较大。
dt 小。属弹性变形。 Ⅱ阶段：等速蠕变。 应变－时间曲线近似直线，应变随时间呈近于等速增长。出现塑性。.. ..
. . . .. .. Ⅲ阶段：加速蠕变。 应变－时间曲线向上弯曲，其应变速率加快直至破坏。 应指出，并非所有的蠕变都能出现等速蠕变阶段，只有蠕变过程中结构的软化和硬化达到动平衡，蠕变速率才能保持不变。 在Ⅰ阶段，如果应力骤降到零，则ε－t 曲线具有PQR 形式，曲线从P 点骤变到Q 点，PQ ＝e ε为瞬时弹性变形，而后随时间慢慢退到应变为零，这时无永久变形，材料仍保持弹性。 在Ⅱ阶段，如果把应力骤降到零，则会出现永久变形，其中TU ＝e ε。
. . . .. .. 有直接关系。变速度变化缓慢，稳定。率增大。蠕变速率越大，反之愈小。
. . . .. .. 岩石长期强度：指 岩石由稳定蠕变转为非稳定蠕变时的应力分界值。即，岩石在长期荷载作用下经蠕变破坏的最小应力值(∞σ或∞τ) 岩石极限长期强度：指长期荷载作用下岩石的强度。 2、 蠕变经验公式 由于岩石蠕变包括瞬时弹性变形、初始蠕变、等速蠕变和加速蠕变，则在荷载长期作用下，岩石蠕变的变形ε可用经验公式表示为： ε＝e ε+)(t ε+t M +)(t T ε e ε－瞬时变形；)(t ε－初始蠕变；t M －等速蠕变；)(t T ε－加速蠕变。
蠕变机理
镁质耐火材料高温蠕变特性的研究现状 张国栋1）游杰刚1）刘海啸1）罗旭东1）袁政禾2） 1）辽宁科技大学鞍山114044 2）鞍钢集团耐火材料公司鞍山114001 摘要：本文介绍了镁质材料高温蠕变特性的研究现状，并对镁质耐火材料的高温蠕变特性的理论进行了阐述，同时指出了将镁质蓄热材料用在高炉热风炉上的可行性。 关键词：镁质材料蠕变特性研究现状 1、引言 高炉生产的大型化发展，要求热风炉向着高风温和长寿命的方向发展，为了实现这一目标，除了热风炉本体的大型化与更合理的结构以外，作为热风炉中的关键材料之一——蓄热材料的发展将直接影响到热风炉的使用温度和使用寿命。而高炉热风炉对耐火材料的要求是：蓄热体各层材料的选择必须要在相应的使用温度下有很好的抗压，蠕变性能，抗碱金属蒸气与烟尘侵蚀性能，抗温度急变而不破坏的性能；蓄热体砖要有足够高的换热表面积以及有利于热交换的几何形状；蓄热体材质要尽可能高的导热系数以及材料体积比热容。 目前，我国采用以Al2O3-SiO2系材料的系列低蠕变砖，在热风炉的顶部和隔墙及蓄热室的上部采用优质硅砖，中部应用不同牌号的低蠕变高铝砖，下部采用低蠕变粘土砖。镁质材料与高铝质和硅质材料相比具有良好的蓄热性能和热导率以及很强的抗渣侵蚀性能；这些特点有利于热风炉的高炉的大风量高风温的操作和降低高炉焦比，提高高炉利用系数，增加生铁产量。但是，镁质材料的热震性能差、抗压蠕变性能不好，因此限制了这类材料在热风炉上的使用。所以，提高和改善镁质材料的这两方面性能是将镁质材料应用到热风炉上的关键。因此研究镁质材料的高温蠕变性能对扩大我国镁资源综合利用和炼铁产业有着重大的意义。 2、蠕变理论 高温蠕变理论是在对多种金属所作的完整的蠕变试验的基础上建立起来的。材料的高温蠕变是指材料在恒定的高温和一定的荷重作用下，产生的变形和时间的关系[1]。由于施加的载荷不同，耐火材料的高温蠕变可以分为高温压缩蠕变、高温拉伸蠕变、高温抗折蠕变、高温扭转蠕变等。其中压缩蠕变和抗折蠕变
软岩非定常蠕变实验与分析
软岩非定常蠕变实验与分析 黎剑华1,2，刘优平1,2，汪为巍 2 (1. 南昌工程学院土木工程系，南昌，330099； 2.中南大学资源与安全工程学院，长沙，410083) 摘 要：岩石的流变特性是年岩石重要的力学特性之一，它控制着岩石的蠕变参数。某矿区岩石具有显著流变性，因此，矿区岩石蠕变规律研究成为一项重要的基础工作。为此，对矿区软弱复杂矿岩蠕变特性进行了试验研究。采用多级循环单轴压缩进行试验，在对试验数据深入分析时，考虑了加载历史对岩石试件变形的影响，真实地反映了岩石试件本身的流变力学行为，选取Burgers 模型来反映岩石的蠕变特性。建立了一维情况下非定常粘弹性模型的蠕变方程，结果表明非定常粘弹性模型比定常粘弹性模型更为准确的反映了岩石的粘弹性变形性能。 关键词：蠕变试验；Burgers 模型；数据处理；粘弹性；加载历史；非定常参数 岩石的流变我是岩石的重要力学特性之一，特别是软弱岩体，其流变性更加明显，许多工程问题都与其流变性密切相关。我国著名专家陈宗基教授曾指出，一个工程的失稳或破坏往往是有时间过程的。因此，岩石的蠕变研究对于合理评价岩体的长期稳定性，即岩石力学行为的时间依存性是必不可少的。自20世纪50年代以来，许多研究者对于岩石的蠕变特性进行过大量的研究［1］。近年来，由于工程中软岩的问题比较突出，有关研究者进行了有关软岩的长期蠕变实验研究［2-4］。根据近年的试验结果知道，岩石具有较强的非线性特性和时间效应现象。因而，大致来说考虑时间效应的非线性模型，则能较好的描述岩石的力学特性[5-7]。 某矿区复杂岩石组合复杂[8]，单块岩石强度较高，但整体强度偏低。另外，监测资料表明[9,10]，该矿区地下巷道围岩应力分布具有极强的时间效应，随着时间推移，围岩应力显示出明显的阶段性(初始来压期、应力调整期和平衡期)，总体上表现出是来压快、初期压力大，此后为应力调整期，应力随时间不断增加，但增加速率降低，之后，围岩应力进入平衡期，持续时间较长。上述特征反映出围岩具有显著的流变性，显示出软岩的特征，因此有关学者视之为软岩或特殊软岩[11]。 本文在对该矿软岩蠕变实验的基础上，采用Burgers蠕变理论模型来其蠕变特性。分析了岩石粘弹性变形随应力水平不同和时间发展的变化规律，考虑某些力学参数随着时间变化而变化的规律，建立了非定常粘弹性模型，准确的反映岩石的粘弹性变形性能。 1 岩石流变实验方法 岩石流变性研究一般是从试验出发获取有关数据，由此构建岩石流变的本构模型并用于现场施工设计计算。 本文根据试验室现有设备条件及有关因素进行单轴压缩蠕变试验。以研究某矿区软弱复杂矿岩的流变特性及相应流变参数岩石蠕变试验在中南大学岩土力学流变试验室进行，采用长春朝阳公司生产的RYL-600微机控制岩石剪切流变仪。试验岩样取自某矿区钻孔岩芯钻，经高精度切割、磨平，试样端面平整度和侧面平整度控制在0.03 mm范围以内，试样中心线与端面的垂直度误差小于0.25°[12]。 试验采用单轴压缩分级增量循环加卸载方式(如图1)进行，初始加载速率300N/S及分级结束卸载速率1000N/S。 Fig.1 Circular increment grade loading and unloading 当试样的轴向变形在48小时内小于0.01mm时，认为其变形基本稳定，则完全卸载，观测其滞后粘弹性恢复，当观测到 24小时内无滞后恢复时，再进行下一级试验。图2 为试验曲线的一般形式。 图2 试验曲线的一般形式 Fig.2 The general form of test curves https://www.360docs.net/doc/9513946319.html,
常见岩石的成分、结构及其他主要特征
常见岩石的成分、结构及其他主要特征 类型的岩石，由于它们生成的地质环境和条件的不同，就产生了各种不同的结构和构造。 (一)岩石的成分 1.岩浆岩的矿物成分：主要决定于岩浆的化学成分。组成岩浆岩的最主要的矿物有：石英、正长石、斜长石、云母、角闪石、辉石和橄榄石等。 2.沉积岩的组成物质：沉积岩的物质组成是原先形成的三大类岩石的碎屑和溶解物质，共有四类：第一类是碎屑物质，大部分是原岩经物理风化后继承下来的抗风化能力强的矿物，如石英、白云母等矿物颗粒；一部分是岩石的碎屑；还有其他方式产生的一些物质，如火山喷发产生的火山灰等。第二类是含铝硅酸盐类的原岩经过化学风化作用后产生的粘土矿物，如高岭石等。第三类是化学沉积矿物，从溶液中沉淀结晶形成的矿物，如方解石、白云石、石膏等。第四类是有机质和生物残骸，如贝壳、泥炭及其他有机质等。此外，还有把沉积物颗粒胶结起来的胶结物。胶结物的性质对沉积岩的抗水性和力学强度以及抗风化能力有很大影响，常见的有：硅质的(Si02)，钙质的(CaC03)，铁质的(FeO或Fe203，黄褐色或砖红色)和泥质的(粘土矿物)。这四种胶结物中以硅质胶结的硬度最大，抗风化力最强；钙质、铁质次之；泥质胶结物硬度最小，且遇水后很容易软化。 3.变质岩的矿物成分：组成变质岩的矿物有两类，第一类是与岩浆岩或沉积岩共有的矿物，如石英、长石、云母、角闪石、辉石和方解石等；第二类是变质岩特有的矿物，如滑石、绿泥石、蛇纹石等，它们是在变质过程中新产生的变质矿物。 (二)岩石的结构 1.岩浆岩的结构：岩浆岩的结构特征是岩浆成分和岩浆冷凝时物理环境的综合反映。按照矿物的结晶程度、颗粒大小和均匀程度，可将结构分为三类： 全晶质结构岩石全部由结晶的矿物颗粒组成。其中同一种矿物的结晶颗粒大小近似者，称为等粒结构；如结晶颗粒大小悬殊，则称为似斑状结构。全晶质结构主要为深成岩和浅成岩的特征。 半晶质结构岩石由结晶的矿物颗粒和部分未结晶的玻璃质组成，结晶的矿物如颗粒粗大，晶形完好，就称为斑状结构。半晶质结构主要为浅成岩所具有，在部分喷出岩中有时也能看到。 非晶质结构又称为玻璃质结构。岩石全部由熔岩冷凝的玻璃质组成。非晶质结构为部分喷出岩所具有。 2.沉积岩的结构：沉积岩按其组成物质、颗粒大小及其形状一般可分为碎屑结构、泥质结构、结晶结构和生物结构。 碎屑结构是由碎屑物质被胶结物胶结而成的一种结构。通常按碎屑的大小、形状和胶结形式可细分为各种碎屑岩，如火山角砾岩、凝灰岩、砾岩、砂岩、粉砂岩等。 泥质结构是主要由小于0.005mm的粘土矿物组成的、比较均一致密的、质地较软的结构。是泥岩、页岩等粘土岩的主要结构。 结晶结构由溶液中沉淀或经重结晶所形成的结构。由沉淀生成的晶粒极细，经重结晶作用晶粒变粗，但一般多小于1mm。结晶结构为石灰岩、白云岩等化学岩的主要结构。 生物结构由生物遗体或碎片所组成，如贝壳结构、珊瑚结构等。是生物化学岩所具有的结构。 3.变质岩的结构：大多数变质岩是经过重结晶作用后形成的岩石，几乎都含有结晶的颗粒，因此其结构常与岩浆岩的晶粒结构相似，所以其结构命名上加“变晶”一词以示区别。根据变质作用进行的程度，可以分为变晶结构和变余结构。 变晶结构它是变质岩最常见的结构，一般分为：等粒变晶结构，它与岩浆岩的等粒结构近似，如大理岩和石英岩等；斑状变晶结构，它与岩浆岩的斑状结构近似，如片麻岩等；鳞片变晶结构，它是由鳞片状矿物沿一定方向平行排列而形成的，各种片岩都具有这种结构。 变余结构由于变质作用进行不彻底，在变质岩中的个别部分残留着原来岩石的结构。 例：某种岩石的结构特征为全晶质结构，据此可以推断该岩石属于（）。 A. 岩浆岩 B. 沉积岩 C. 变质岩 答案：A (三)岩石的构造 1.岩浆岩的构造：岩浆岩的构造特征，主要取决于岩浆冷凝时的环境。最常见的构造有： 块状构造岩石中矿物晶粒无定向排列，不显层次，呈致密块状。具有等粒结构和斑状结构的岩石常呈块状构
从细观角度分析岩石蠕变机理
1 引言 岩石的流变性是岩石的重要力学特性之一，在众多岩石中作为泥质软岩类的泥岩的流变特性尤为显著，常常导致地面和地下众多岩石工程出现稳定性问题，例如在第三系泥岩中开采煤炭资源所出现的地下巷道软岩支护问题等。过去，人们对岩石流变性的研究主要集中在表象规律性探索方面，随着岩石工程问题的日趋复杂，仅靠对表象规律性的了解已不能较好地解决复杂的工程问题，如新奥法的二次支护时间选择问题一直是学术界和工程界所争论的焦点问题之一。只有对岩石的蠕变机制进行充分地研究，才有可能较好地解决这些工程问题。因此，对岩石蠕变机制的研究，无论对于岩石力学基础理论发展，还是对于实际工程问题的解决都具有十分重要的意义。 岩石流变力学的创立是由金属材料流变学发展而来的，是材料流变学的一个重要分支。岩石流变力学成为一门独立学科的标志是1922年出版的Bingham名著《流动和塑性》及1929年美国流变协会创剖¨。 D．T．Griggs【2】最早提出岩石发生蠕变的荷载阈值约为破坏荷载的12．5％。之后C．H．Scholz[3】提出产生脆性岩石蠕变的主要原因为岩石微破裂过程的时间效应。M．Langel-14]1979年在第四届国际岩石力学大会上系统阐述了岩石流变的基本概念、规律及相关的工程问题。陈宗基早在20世纪50年代就将流变学应用于土力学中，提出了微观流变学基本原理、“黏土结构力学”学说和土的三向固结流变理论，并于1959年把流变理论引入岩石力学。刘雄15j借助金属材料的蠕变机制从细微观角度简要讨论了岩石的蠕变机制。王子潮和王绳祖【6】通过分析岩石变形破坏特征，认为引起岩石半脆性蠕变破坏的3种机制是高应力作用下的岩石的剪切微破裂扩展、连通，并向擦滑动转变，高温下岩石塑性一假塑性流动失稳，介于两者之间的岩石由塑性一假塑性流动向破裂和摩擦滑动的转变。谷耀君“j用激活能理论分析砂岩的蠕变机制问题。范秋雁和朱维申lsJ通过将岩石蠕变曲线单轴压缩曲线绘于同一图上，经分析提出岩石的蠕变机制是岩石的裂隙扩展与内部应力场不断发展与调整的过程。陈有亮和孙钧【9】提出了判断岩石起裂的流变断裂准则以及裂纹时效扩展机制。任建喜和葛修润【l 0】通过对三轴 压缩岩石蠕变损伤扩展特性CT实时分析试验，得到的结论为在蠕变瞬时段，裂纹在很短的时间内有一定的扩展，然后稳定扩展，岩石进入蠕变稳态段，随着时间的推移，岩石体积膨胀，轴向应变稳定增加，在稳态段的末期，裂纹扩展速度加快，岩石很快进入蠕变加速段。侯公羽【l1】通过分析岩石蠕变变形的混沌特性，提出了岩石蠕变变形的发展过程是
材料蠕变
蠕变定义 蠕变（creep）(缓慢变形) （德语名：kriechen） 蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。它与塑性变形不同，塑 蠕变曲线 性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现。 岩石在地质条件下的蠕变可以产生相当大的变形而所需要的应力却不一定很大。蠕变随时间的延续大致分3个阶段：①初始蠕变或过渡蠕变,应变随时间延续而增加，但增加的速度逐渐减慢；②稳态蠕变或定常蠕变，应变随时间延续而匀速增加，这个阶段较长；③加速蠕变，应变随时间延续而加速增加,直达破裂点。应力越大，蠕变的总时间越短；应力越小，蠕变的总时间越长。但是每种材料都有一个最小应力值，应力低于该值时不论经历多长时间也不破裂，或者说蠕变时间无限长，这个应力值称为该材料的长期强度。岩石的长期强度约为其极限强度的2/3。 蠕变条件 蠕变机制有扩散和滑移两种。在外力作用下，质点穿过晶体内部空穴扩散而产生的蠕变称为纳巴罗－赫林蠕变；质点沿晶体边界扩散而产生的蠕变称为柯勃尔蠕变。由晶内滑移或者由位错促进滑移引起的蠕变称为滑移蠕变，也称魏特曼蠕变。蠕变作用解释了岩石大变形在低应力下可以实现的原因。 蠕变在低温下也会发生，但只有达到一定的温度才能变得显著,称温度为蠕变温度。对各种金属材料的蠕变温度约为0.3Tm，Tm为熔化温度，以热力学温度表示。通常碳素钢超过300-350℃，合金钢在400-450℃以上时才有蠕变行为，对于一些低熔点金属如铅、锡等，在室温下就会发生蠕变。
改善蠕变方法 改善蠕变可采取的措施有： 1.高温工作的零件要采用蠕变小的材料制造，如耐热钢等； 2.对有蠕变的零件进行冷却或隔热； 3.防止零件向可能损害设备功能或造成拆卸困难的方向蠕变。 铸造砂型（砂芯）起模后的变形叫蠕变。如：酯固化水玻璃自硬砂砂型（芯）起模后常发生蠕变。改善蠕变可采取的措施有：尽可能缩短可使用时间；用复合固化剂；砂型强度允许条件下少加水玻璃；适当增加固化剂加入量；鼓热风强制硬化。
蠕变分析
4.4 蠕变分析 4.4.1 蠕变理论 4.4.1.1 定义 蠕变是率相关材料非线性，即在常荷载作用下，材料连续变形的特性。相反如果位移固定，反力或应力将随时间而变小，这种特性有时也称为应力松驰，见图4-18a。 图4-18 应力松弛和蠕变 蠕变的三个阶段如图4-18b所示。在初始蠕变阶段，应变率随时间而减小，这个阶段一般发生在一个相当短的时期。在第二期蠕变阶段，有一个常应变率，所以应变以常速率发展，在第三期蠕变阶段，应变率迅速增加直到材料失效。 由于第三期蠕变阶段所经历的时间很短，材料将失效，所以通常情况下，我们感兴趣的是初始蠕变和第二期蠕变。ANSYS程序中的蠕变行为用来模拟初始蠕变和第二期蠕变。蠕变系数可以是应力、应变、温度、时间或其它变量的函数。 在高温应力分析中(如核反应堆等)，蠕变分析非常重要。例如，假设在核反应堆中施加了预荷载，以保证与相邻部件保持接触而不松开。在高温下过了一段时间后，预荷载将降低(应力松驰)，可能使接触部件松开。对于一些材料如预应力砼，蠕变也可能十分重要。最重要的是要记住，蠕变是永久变形。 4.4.1.2 理论介绍 蠕变方程：我们通过一个方程来模拟蠕变行为，此方程描述了在实验中观测到的主要特征（特别是在一维的拉伸实验中）。这个方程以蠕应变率的方式表示出来，其形式如下： 上式中，A、B、C、D是从实验中得到的材料常数，常数本身也可能是应力，应变，时间或温度的函数，这种形式的方程被称为状态方程。 上式中，当常数D为负值时，蠕应变率随时间下降，材料处于初始蠕变阶段，当D为0时，蠕应变率为常值，材料处于第二期蠕变阶段。 对于2－D或3－D应力状态，使用VON Mises方程计算蠕应变率方程中所使用的标量等效应力和等效应变。 对蠕变方程积分时，我们使用经过修改的总应变，其表达式为: