甘肃甘谷裂隙泥岩剪切蠕变行为及其修正模型研究

发布时间：2019-07-16 10:33

【摘要】：岩石在长期荷载作用下表现出典型的蠕变特性,裂隙泥岩在长期荷载作用下的力学性质不同于完整岩石。对甘肃甘谷赵家窑滑坡钻孔取芯的裂隙泥岩开展剪切蠕变试验,探讨轴向压应力、预制裂隙长度等因素对试样剪切蠕变特征的影响。试验结果表明:轴向荷载和裂隙长度对试样剪切蠕变特征有明显的影响。轴向压应力越大,试样剪切蠕变变形越不明显;裂隙越长,试样剪切蠕变变形越显著。应力较低时,如Cvisc模型等蠕变模型能够较好反映泥岩的蠕变力学特性。而在加速蠕变阶段,大多数模型却不能准确体现泥岩蠕变曲线的非线性变化。改进的西原模型克服了传统模型不能对非线性蠕变特征进行描述的缺点,且模型参数较少,能较好地适用工程软弱岩体。不同载荷作用下泥质软岩试样剪切蠕变过程中,裂隙泥岩剪切破坏带形成表现为渐进与突发相结合。泥岩的剪切蠕变力学模型可解释泥岩滑坡的多种现象,边坡潜在滑移带内泥质软岩发生的剪切蠕变则是泥岩滑坡的内在诱因。
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图片说明：制取试件，根据现场勘察情况来看，滑坡滑带位于巨厚层泥岩内部，泥岩自身内部裂隙发育不明显，滑带沿着泥岩内部剪切应力集中区域分布。在现场将取出的钻孔岩心用塑料圆筒装下，圆筒两端用塑料薄膜进行密封。把试样运送到制样室在立式铣床上进行低速高精度切割，制成尺寸为H×H×H=60mm×60mm×60mm的标准方样试件，确保误差在1%以内。切割加工好的试样用厚层保鲜膜进行包装(见图1a)，避免试件长时间与空气接触，从而吸收空气中的水分以致天然含水率发生改变，同时也是为了防止试件因失水而导致内部结构发生改变。图1泥岩试样Fig.1Mudstonespecimen根据试验方案在试样一面中间位置，采用专业切割机器切割一条垂直于该面的裂隙，加工全过程采用数字化操控，精准度高，可有效控制裂隙的张开度和延伸程度等。泥岩裂隙张开度为0.5mm，预制裂隙试样成品如图1b所示，加工示意图如图2所示。试验一共制取27试样，分别为9个天然无裂隙试样、9个天然预制裂隙10mm试样和9个天然预制裂隙15mm试样，从三组试样中分别选取3个试样进行不同正应力荷载条件下的试验，具体如表1所示。在YZJL-300型岩石直剪流变实验机上开展本924
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图片说明：第6期吴礼舟，等:甘肃甘谷裂隙泥岩剪切蠕变行为及其修正模型研究H—岩石试件边长;a—为加工裂纹深度图2裂隙加工示意图Fig.2Sketchmapoffractureprocessing表1泥质软岩试样Table1Parametersofpeliticsoftrocksample编号裂隙长度a/mm水平初始荷载τ/MPa每级水平荷载增加τ/MPa轴向荷载N/kN轴向正应力σ/MPaW1-300.560.5610.28W4-600.560.5620.56W7-900.560.5630.83L1-3100.560.5610.28L4-6100.560.5620.56L7-9100.560.5630.83L10-12150.560.5610.28L13-15150.560.5620.56L16-18150.560.5630.83次试验，其系统为应力控制式直剪仪，由加载和数据采集系统、高压油泵站和试验主机等四部分共同组成(见图3a)。在试验过程中，使用位移传感器和荷载传感器，通过数据采集系统分别来记录水平、垂直位移变化和水平、垂直荷载大校1.2试验方法泥质软岩剪切蠕变试验采用分级加载的方式，整个试验过程是在常温条件下进行，且关闭门窗。试样放置完毕后，将滚柱台推至左侧轴向垫块处，使试样与轴向垫块充分紧密接触。通过手动控制加载装置，使水平油缸头和轴向加载头刚好与试样加载部分接触。采用电脑自动控制，先对试样施加轴向荷载，，待正应力稳定后，再从低到高逐级施加水平剪切荷载，每完成施加一级剪切力时立即测读瞬时位移，然后按时间10min、20min、40min、1h、2h、4h、8h、12h读取剪切蠕变值，以后每次均按间隔12h定时读取剪切蠕变值。在整个剪切过程中，应保持法向应力及各级剪切荷载为恒定值。根据《水利水电工程岩石试验规程》(SL264-2001)的规定，试验每级荷载维2d左右，但具体的剪切荷载恒定时间视蠕变变化速率而定，岩石的剪切蠕变变形稳定的条件为蠕变速率增量≥5×10－4mm/d，且可进
【作者单位】：成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点试验室;中国地质科学院地质力学研究所;
【基金】：国家自然科学基金面上项目(41472296,41672282)
【分类号】：TU45

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