岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (2): 369-378.doi: 10.16285/j.rsm.2020.0846

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

单轴压缩条件下泥岩加载速率变化效应研究

李福林1, 2,杨健2,刘卫群1, 2,范振华2,杨玉贵1   

  1. 1. 中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏 徐州 221116;2. 中国矿业大学 力学与土木工程学院,江苏 徐州 221116
  • 收稿日期:2020-06-19 修回日期:2020-12-10 出版日期:2021-02-10 发布日期:2021-02-09
  • 作者简介:李福林,男,1980年生,博士,副教授,主要从事岩土力学与工程方面的教学与研究工作
  • 基金资助:
    国家重点基础研究发展计划项目(973计划)(No. 2015CB251602);国家自然科学基金(No. 51308533);中央高校基本科研业务费项目(No. 2019ZDPY18)。

Effect of loading rate changing on the mechanical properties of mudstone under uniaxial compression

LI Fu-lin1, 2, YANG Jian2, LIU Wei-qun1, 2, FAN Zhen-hua2, YANG Yu-gui1   

  1. 1. State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221116, China; 2. School of Mechanics and Civil Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221116, China
  • Received:2020-06-19 Revised:2020-12-10 Online:2021-02-10 Published:2021-02-09
  • Supported by:
    This work was supported by the National Program on Key Basic Research Project of China (973 Program) (2015CB251602), the National Natural Science Foundation of China (51308533) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities (2019ZDPY18).

摘要: 通过对泥岩在4种不同加载速率(0.005、0.05、0.5、3 mm/min)下进行的系列性单轴压缩试验和分级蠕变试验,研究了加载速率及其变化对泥岩的变形强度特性和蠕变变形的影响规律。结果表明,泥岩具有明显的加载速率变化效应且表现为等速黏性特性,即:以定速率加载时,不同速率对应不同的应力-应变关系;在变速率加载时,随着加载速率的变化,泥岩的应力-应变关系也随之改变。此外,泥岩蠕变前的加载速率对蠕变变形量和蠕变速率也有显著影响。随着泥岩蠕变前加载速率的增大,蠕变变形量和蠕变速率呈现出逐渐增大的趋势。泥岩的蠕变速率随着时间的推移表现出逐渐衰减的规律,其衰减过程可分为线性衰减、对数衰减和稳定3个阶段。基于三元件模型框架和加载速率变化效应,建立了泥岩的弹黏塑性本构模型,并将其用于泥岩室内试验的数值计算。对比模型计算结果与试验结果发现,弹黏塑性本构模型可以较好地描述单轴压缩条件下泥岩的加载速率变化效应。

关键词: 泥岩, 加载速率, 蠕变, 分级加载, 黏性特性

Abstract: To study the effect of the loading rate change on the deformation and strength properties and creep behavior of mudstone, a series of uniaxial compression tests and graded loading creep tests was conducted on mudstone specimens at four loading rates (0.005, 0.05, 0.5, and 3 mm/min). The test results find that the mudstone exhibits an obvious loading rate change effect, which is represented by an isotach viscosity behavior. When loading at a constant rate, different stress-strain relationships are observed and corresponded to different constant loading rates. When loading at variable rates, as the loading rate changes, the stress-strain relationships also change. In addition, the loading rate of mudstone prior to creep has a large impact on the creep deformation and creep rate. As the loading rate of mudstone increases before creep, the amount of creep deformation and creep rate show a gradually increasing trend. The mudstone creep rate shows a gradual decay trend over time, and the decay process can be divided into three phases: linear decay, logarithmic decay and stable decay. Furthermore, based on the three-component model and loading rate variation effect, an elasto- viscoplastic constitutive model was established. The developed constitutive model was used for the numerical modeling of mudstone laboratory tests. Compared the modeling results to the laboratory test results, it is found that the elasto-viscoplastic constitutive model can properly simulate the loading rate change effects on the mechanical properties of mudstone under uniaxial compression conditions.

Key words: mudstone, loading rate, creep, graded loading, viscous property

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