›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (9): 2493-2500.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

考虑温度影响的花岗岩蠕变全过程本构模型研究

王春萍1,陈 亮1,梁家玮2,刘 健1,刘月妙1,刘建锋3,王 驹1,周宏伟4   

  1. 1.核工业北京地质研究院 环境工程研究所,北京 100029;2.中国核工业集团公司 地质矿产事业部,北京 100013; 3.四川大学 水力学与山区河流开发保护国家重点实验室,成都 610065; 4.中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京 100083
  • 收稿日期:2013-08-12 出版日期:2014-09-10 发布日期:2014-09-16
  • 作者简介:王春萍,女,1989年生,硕士,助理工程师,主要从事岩石力学和高放废物地质处置方面的研究工作。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金资助项目(No. 11202069)。

Creep constitutive model for full creep process of granite considering thermal effect

WANG Chun-ping1, CHEN Liang1, LIANG Jia-wei2, LIU Jian1, LIU Yue-miao1, LIU Jian-feng3, WANG Ju1, ZHOU Hong-wei4   

  1. 1. Division of Environment Engineering, Beijing Research Institute of Uranium Geology, Beijing 100029, China;2. Department of Geology & Mining, China National Nuclear Corporation, Beijing 100013, China; 3.State Key Laboratory of Hydraulics and Mountain River Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China; 4. State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining, China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China
  • Received:2013-08-12 Online:2014-09-10 Published:2014-09-16

摘要: 以北山花岗岩为研究对象,采用MTS815岩石力学试验系统开展不同温度条件下的蠕变特性试验研究。考虑温度对花岗岩特征参数的影响,结合岩石蠕变破坏过程中的损伤演化规律,提出了一种新的高温损伤流变元件。通过将高温损伤流变元件代替经典西原模型中Newton元件的方法,构建了能够描述不同温度条件下花岗岩蠕变全过程的本构模型。分析了不同温度条件下花岗岩单轴蠕变试验结果,确定了模型参数,获得了温度对花岗岩蠕变关键参数的影响规律。通过对花岗岩高温蠕变模型进行参数敏感性分析,揭示了弹性模量、黏性系数等关键参数对花岗岩蠕变特性的影响规律,并验证模型在不考虑温度及损伤的影响条件下可退化为经典西原模型。研究表明,建立的花岗岩高温蠕变本构模型可以准确地描述花岗岩典型蠕变全过程的3个阶段,尤其是加速蠕变阶段。黏性系数受损伤的影响越大,花岗岩的稳定蠕变阶段越短,越容易发生加速蠕变。

关键词: 花岗岩, 蠕变全过程, 蠕变模型, 高温损伤流变元件

Abstract: Creep properties of Beishan granite under temperature effect are investigated by using the MTS815 rock mechanics test system. A rheological element with thermo-damage coupling effects is proposed by considering the temperature effect coupled with the damage evolution during the whole creep stage. By replacing the Newtonian dashpot in the classical Nishihara model of the coupled thermo-damage element, a new creep constitutive model for full creep process under different temperatures is set up. Based on a series of creep tests carried out at different temperatures under uniaxial loading condition, the parameters of the creep constitutive model and the variation laws of them along with temperature are determined by fitting to the experimental results of the time-dependent deformation of Beishan granite. A sensitivity study for the analytic solution of the creep model with thermo-damage effect is carried out, showing the effects of creep parameters (including elastic modulus, viscosity coefficient etc.) on a creep strain of granite. In addition, a simplified formula of the creep constitutive relation in the case of no temperature variation and damage influence is given. It is shown that the new creep constitutive model can be simplified to the Nishihara model in the absence of temperature and damage effects. Comparison between the predictive results and experimental data,it is shown that the creep model proposed is capable to provide a precise description of full creep process in granite. In particular, the accelerated process is also well reproduced by the proposed model. A bigger exponent ? in the viscosity coefficient leads to a shorter steady-state creep process and earlier onset of the tertiary process.

Key words: granite, full creep process, creep model, rheological element with thermo-damage coupling effects

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