岩体力学 2.4岩石流变理论.ppt

《岩体力学 2.4岩石流变理论.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、流变的概念蠕变的类型和特点描述流变性质的三个基本元件组合模型及其性质2.4岩石流变理论（1/41）1三个概念：弹性变形塑性变形粘性流动流变现象：材料应力-应变关系与时间因素有关的性质，称为流变性。材料变形过程中具有时间效应的现象，称为流变现象。与时间无关，只从变形能否恢复的角度与变形速率有关，与时间有关2.4岩石流变理论（2/41）21940.05(底鼓冒顶、断面收缩)1939.012.4岩石流变理论（3/41）3湖南五强溪板溪群轻度变质砂岩、石英岩、板岩中的蠕动，深达40～50m2.4岩石流变理论（4/41）4流变的种类：蠕变:应力不变，变形随时间增

2、加而减小松弛:应变不变，应力随时间增加而减小弹性后效:加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象2.4岩石流变理论（5/41）5εtBQCTUAPⅡRVⅢⅠε0O图2-27典型的蠕变曲线（1）岩石的典型蠕变曲线及其特征如图2-27所示：岩石在受到恒定荷载作用下，首先产生一瞬时的弹性应变，随后开始进入蠕变阶段。2.4岩石流变理论（6/41）6①初始蠕变阶段（AB）（瞬态蠕变段）。特点：①，应变率随时间增长而减小；②卸载后，有瞬时恢复弹性变形PQ，Q后弹性后效。弹性后效是指变形经过一段时间后逐渐恢复的现象，这部分应变叫粘弹性应变。2.4岩石流变理论（7/41）

3、7②稳定蠕变阶段（等速蠕变阶段BC）（较长）特点：①应变率为常量；②卸载：有瞬弹性恢复，弹性后效，粘性流动，不可恢复的应变—粘塑性应变。③非稳定蠕变阶段（加速蠕变（破坏）阶段）特点：①剧烈增加；②曲线；③一般此阶段比较短暂。2.4岩石流变理论（8/41）8类型Ⅰ：稳定蠕变，只包含瞬态蠕变和稳定蠕变段，不会导致破坏，低应力状态下发生的蠕变，图中σC类型Ⅱ：不稳定蠕变，又可分典型蠕变和加速蠕变两种，包括蠕变的三个阶段，其中加速蠕变应变率很高，几乎没有稳态蠕变阶段。较高应力状态下发生的蠕变，图中σA、σB（2）岩石蠕变曲线的类型2.4岩石流变理论（9/41）

4、9一种岩石既可发生稳定蠕变也可发生不稳定蠕变，这取决于岩石应力的大小。超过某一临界应力时，蠕变向不稳定蠕变发展；小于此临界应力时，蠕变按稳定蠕变发展。通常称此临界应力为岩石的长期强度。2.4岩石流变理论（10/41）10岩石蠕变的本构模型：即应力-应变-时间的关系式。在流变学中，流变性主要研究材料流变过程中的应力、应变和时间的关系，用应力、应变和时间组成的流变方程来表达。流变方程主要包括本构方程、蠕变方程和松弛方程。在一系列的岩石流变试验基础上建立反映岩石流变性质的流变方程，通常有二种方法：即经验方程法、微分方程法。2.4岩石流变理论（11/41）11

5、①经验方程法根据岩石蠕变试验结果，由数理统计学的回归拟合方法建立经验方程。典型的岩石蠕变方程有：（1）幂函数方程（2）指数方程（3）幂函数、指数函数、对数函数混合方程2.4岩石流变理论（12/41）12②微分方程法（流变模型理论法）此法在研究岩石的流变性质时，将介质理想化，归纳成各种模型，模型可用理想化的具有基本性能（包括弹性、塑性和粘性）的元件组合而成，通过这些元件不同形式的串联和并联，得到一些典型的流变模型体；相应地推导出它们的有关微分方程，即建立模型的本构方程和有关的特性曲线。微分模型既是数学模型，又是物理模型，数学上简便，比较形象，比较容易掌握

6、，是大学本科生必须努力掌握的岩石力学基本理论之一。2.4岩石流变理论（13/41）13①弹性元件(用弹簧表示)力学模型：材料性质：物体在荷载作用下，其变形完全符合虎克(Hooke)定律。称其为虎克体，是理想的线性弹性体。本构方程：s=ke应力应变曲线（见右图）：模型符号：H虎克体的性能：a.瞬变性b.无弹性后效c.无应力松弛d.无蠕变流动描述流变性质的三个基本元件2.4岩石流变理论（14/41）14(2)塑性元件(用摩擦片表示)材料性质：物体受应力达到屈服极限s0时便开始产生塑性变形，即使应力不再增加，变形仍不断增长，其变形符合库仑摩擦定律，称其为库仑

7、(Coulomb)体。是理想的塑性体。力学模型：本构方程：ε=0，（当s

8、率曲线（见右图）模型符号：N2.4岩石流变理论（17/41）17牛顿体的性能：a.有蠕变即有蠕