大理岩蠕变变形特征研究

大理岩蠕变变形特征研究

摘要：为揭示深埋大理岩在高应力下蠕变变形特征，采用MTS815FlexTestGT岩石力学试验系统对锦屏一级水电站地下厂房大理岩开展了分级加载蠕变试验，对比分析了大理岩蠕变变形破坏过程中轴向和横向蠕变特性。结果表明：应力水平对大理岩蠕变过程有显著影响。Keys：大理岩；分级加载；岩石蠕变；变形特征

1引言在深部高应力环境中，岩体具有强时间效应，表现为明显的流变或蠕变，即使是硬岩，在深部环境下同样产生了明显的时间效应[1,2]。近年来，诸多学者对岩石流变现象进行了大量研究，取得了诸多成果。赵立财等[3]对砂岩开展三轴分级加卸载蠕变试验，研究了砂岩不同偏应力水平下的瞬时弹性、瞬时塑性、黏弹性和黏塑性应变变化规律。曹丽丽等[4]对常温和700℃下泥岩开展单轴压缩蠕变试验，研究了应力水平和温度对泥岩蠕变特性的影响规律。陈静等[5]通过损伤大理岩和完整大理岩分级蠕变试验和时效破坏试验的对比分析研究,多角度揭示了含初始损失大理岩和完整大理岩的时效变形与破坏的差异。邵珠山等[6]对砂岩开展单轴分级加载蠕变试验，研究了含水状态对砂岩蠕变特性的影响。曾寅等[7]对盐岩进行了长历时单轴蠕变试验，研究了盐岩在长历时蠕变过程中声发射特征规律与损伤演化过程。本文基于锦屏深埋高应力大理岩开展常规三轴蠕变试验，分析了不同应力下大理岩蠕变变形特征，研究成果对揭示岩石蠕变机理具有重要研究价值及指导意义。2试件制备与试验方案本文试验中所用岩石岩样取自锦屏一级水电站地下厂房，岩性为含角砾大理岩，岩样呈灰白色，岩石按照《工程岩体试验方法标准》（GB/T50266-2013）规范标准[8]，经切割，打磨后将岩样经加工成Φ50mm×100mm标准圆柱体试件，测得密度为2.81g/cm3。三轴压缩蠕变试验在四川大学MTS815FlexTestGT岩石力学试验系统上进行。试验采用分级加载方式，按0.05MPa/s的速率将围压施加至8MPa，然后以0.05MPa/s的速率对试件进行加载至设定载荷，当加载应力达到目标应力值时，保持加载应力约11h不变，对试件再进行下一级加载，直至岩样破坏。试验加载方式如图1所示。图1应力加载曲线Fig.1Stressloadingcurve3大理岩蠕变变形特征

岩石蠕变性质与加载应力大小密切相关，同时在不同方向上岩石蠕变性质也存在一定的差异。因此，通过对比分析在不同加载应力条件下轴向与横向蠕变特征，对认识大理岩蠕变破坏过程具有重要意义。(a)轴向(b)横向图2不同加载应力条件下蠕变曲线Fig.2Creepcurvesunderdifferentloadingstresses每施加一级应力水平后，试件轴向和横向率先发生瞬时变形，轴向和横向的瞬时应变量随着应力水平升高而增大，试件轴向瞬时应变量比横向瞬时应变量更大，表明试件在同一恒定应力水平下轴向瞬时变形较横向更加敏感。接着试件进入衰减蠕变阶段，该阶段历时较短，在破坏应力水平之前的各级应力水平下，试件的轴向和横向蠕变应变量极小，除第一级应力水平下的轴向蠕变应变量较横向蠕变应变量略大，其余应力水平下试件的横向蠕变应变量均比轴向蠕变应变量大，该现象表明大理岩试件的横向蠕变变形敏感程度比轴向的更高。轴向蠕变应变量和横向蠕变应变量随着应力水平升高呈增大趋势发展，说明试件在分级应力加载作用下，岩石内部的劣化程度逐渐增大，粘滞阻力逐渐降低。横向蠕变变形在破坏前一级应力水平过程中出现了突变现象，是因为试验中使用的岩石材料的结构具有非均质性，但突变后的曲线形式同突变前相同，表明试件内部在发生非均匀局部破坏的同时也在不断的调整，所以突变后能恢复到突变前的发展状态，突变并不会对蠕变变形过程产生较大影响，同时表明试件内部的非均匀局部破坏不会对整体蠕变变形造成显著的损伤。4结论应力水平对大理岩蠕变过程有显著影响，大理岩轴向与横向蠕变特征具有一定的相似性，横向蠕变变形敏感程度比轴向的更高Reference(References)：[1]]周宏伟,谢和平,左建平.深部高地应力下岩石力学行为研究进展[J].力学进展,2005(01):91-99.[2]谢和平,高峰,鞠杨.深部岩体力学研究与探索[J].岩石力学与工程学报,2015,34(11):2161-2178.[3]赵立财.砂岩分级加卸载蠕变特性试验研究[J].长江科学院院报,2021,38(02):67-72+79.[4]曹丽丽,浦海,仇陪涛,张连英.基于函数阶微积分的泥岩高温蠕变特性分析[J].采矿与安全工程学报,2017,34(01):148-154.[5]陈静,江权,冯夏庭,胡嫣然.含初始损伤大理岩的时效变形与破坏试验研究[J].工程科学与技术,2018,50(05):27-37.[6]邵珠山,靳冬冬,陈浩哲,张媛媛,薛涛.含水状态对石英砂岩单轴分级蠕变性能影响研究[J].应用力学学报,2021,38(05):1839-1845.[7]曾寅,刘建