以某地区花岗岩为例,在分级加载条件下对岩石的蠕变特性进行三轴压缩蠕变试验研究,试验结果表明:岩石变形从稳态蠕变进入加速蠕变阶段存在一个应力阈值,当应力低于该阈值时,岩石内部的原始裂隙和孔隙在低应力水平下挤压密实,产生微细观的线黏弹性变形,蠕变变形以平缓的速率增长并最终趋于稳定,此时岩石的流变参数保持恒定;当应力超过该阈值时,在较高应力水平的持续作用下,岩石内部有大量细观分布裂纹产生并且迅速发展,损伤急剧演化累积,导致岩石流变参数发生突变。采用FLAC3D对花岗岩三轴蠕变试验进行三维数值模拟,得到岩石蠕变进入加速阶段的应力阈值。最后结合固体力学的分岔理论,从流变参数的角度考虑,对广义开尔文模型引入损伤变量,建立能够反映岩石加速蠕变阶段的损伤演化方程,对岩石进入加速蠕变阶段后由于参数突变引发的分岔力学特性进行分析,确定引起岩石发生分岔行为的流变参数以及岩石蠕变变形的分岔点。计算结果表明,基于考虑损伤影响的有效初始弹性模量得到的计算曲线与试验曲线的吻合情况较为理想。
简要介绍岩石的Hoek-Brown应变软化模型后,以花岗岩的三轴压缩试验为背景,利用数据拟合的手段,通过假设单轴压缩试验下花岗岩软化段上偏应力与剪应变的关系与理想情况时的相同,给出了确定Hoek-Brown模型中软化参数的方法。然后根据确定出的软化参数在FLAC3D中利用Hoek-Brown软化模型对花岗岩的三轴压缩试验进行数值模拟,并与试验结果比较,两者比较吻合。这说明了所提出的软化参数确定方法的合理性,同时也表明了用Hoek-Brown软化模型来模拟岩石的应变软化现象是行之有效的。
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