流变实验方案

流变实验方案流变性质是岩石重要力学特性之一，很多的岩石工程问题都与岩石流变有密切关系，例如，地下洞室开挖、岩石地基和岩石边坡等，都可以观测到岩体变形随时间不断增加的现象，而且，工程的破坏往往是时间过程的。实验是研究岩石力学特性的主要手段，岩石流变特性研究的关键是流变本构方程的确定及其参数的确定，流变试验则是确定流变本构方程及其参数的基础。一、流变实验类型的选取流变试验包括有蠕变试验和松弛试验：蠕变试验：对材料施加一个恒定的应力状态，然后保持该应力状态不变，观测应变状态随时间的变化过程。松弛试验：对材料施加一个恒定的应变状态，然后保持应变状态不变，观测应力状态随时间的变化过程。相对于松弛试验来说，蠕变试验仪器易于控制和制造，且蠕变试验可以直接测定变形，远比松弛试验测定试件内部的应力变化简单易行。因此，我们选择采用蠕变试验。二、蠕变试验加载方式的选取蠕变试验有两种加载方式，即逐级增量加载和分级加载，我们选择逐级增量加载方式，即先施加到第一级荷载，在该荷载下蠕变经历给定的时间或蠕变达到稳定后，再在该级荷载的基础上加载增加到下一级荷载水平进行蠕变试验，直至试件发生破坏。三、单试件法实验试件的选择方法有单试件法和多试件法两种，我们选择单试件法作为实验方法。原因是多试件法中有很多完全相同的试验条件要得到满足，这在现实中是很难达到的，此外，我们也没有那么多套仪器同时用来做长时间的实验。四、荷载增量的取值和某级应力水平下试验结束的标准采用单试件分级增量加载时，为了确定1、2、2、3，…，n的取值大小，可先取相同试样，参照己有的强度数据确定瞬时破坏荷载f，将拟施加的荷载分成若干级，比如分成N级加载，可取Nf/，1，22，…，nn。按照这种方法可以初步确定试验逐级荷载的增量。（试验中要根据试件变形速率的大小调整荷载的增量）某级应力水平下，荷载持续时间应根据应变速率变化情况予以确定，目前尚无规范化稳定标准。我们以1天内变形量不大于0.001mm作为变形稳定标准，在这个情况下施加下一级荷载。五、数据处理加载及数据处理如图1示：图1加载及数据处理图第一级加载引起的材料蠕变，从时间00t到1t，材料均在不变荷载1作用下发生蠕变变形，若试验进行到1t时不加下一级荷载，则由于材料此时的变形已经进入稳态，材料变形将继续沿虚线进行，所以对试件增加作用荷载的效果是，发生了虚线和实线之间的附加变形。可以从这一附加变形，找到以0t作为时间起点的蠕变值和以1t作为时间起点，应力增量所引起的蠕变增量)(t。因此，可以第一级荷载作为基础，叠加下级荷载作用延续时间相同的蠕变增量，得到一次性荷载为22的蠕变曲线。继续进行阶梯级加载，可以在前一级的蠕变曲线上继续做同样的处理，这样可以得到一次加载niin1的蠕变曲线。这样，就可以在一块试件上，得到n个不同荷载作用下的几条蠕变曲线。在进行这种加载方法时应该注意逐级加载的时间间隔应该相等，同时下级加载必须在前级荷载作用下的变形已经进入稳态蠕变以后进行。六、长期强度的确定一般情况下，当荷载达到岩石瞬时强度(通常指岩石单轴抗压强度)时，岩石发生破坏，在岩石承受荷载低于其瞬时强度的情况下，如持续作用较长时间，由于流变作用，岩石也可能发生破坏。因此，岩石的强度是随外载作用时间的延长而降低，通常把作用时间t→∞的强度(最低值)称之为岩石的长期强度。长期强度曲线即强度随时间降低的曲线。可以通过各种应力水平长期恒载试验得出。设在荷载1＞2＞3＞…试验的基础上，绘得非衰减蠕变的曲线簇，并确定每条曲线加速蠕变达到破坏前的应力及荷载作用所经历时间，如图2（a）所示。以纵坐标表示应力1，2，3…，横坐标表示破坏应力和破坏前经历的时间1t，2t，3t…，作破坏应力和破坏前经历时间的关系曲线．称为长期强度曲线，如图2(b)所示所得曲线的水平渐近线在纵轴上的截距，即为所求长期强度极限S∞。七、本构方程的确定选用经典的本构方程型式，如马克斯维尔体（H-N），根据试验得出的应力-应变曲线拟合方程，得出模型参数E、。