【摘 要】
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砂岩本身的微结构特征使得下雨和流水等会让其内部吸收较多水分。含水砂岩的蠕变特性及其蠕变破坏,是理解该类滑坡问题并对其进行预警和防治的一个核心问题。砂岩蠕变破坏研究成果较多,但是含水率与应力水平作用下对其蠕变性能和破坏过程的影响,还不是十分清楚。据此,本文将对砂岩吸水特征及其在不同含水率条件下不同加载应力水平时的蠕变特征进行详细的实验研究,并对砂岩通向破坏过程的临界演化特征进行分析和描述。通过砂岩单
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砂岩本身的微结构特征使得下雨和流水等会让其内部吸收较多水分。含水砂岩的蠕变特性及其蠕变破坏,是理解该类滑坡问题并对其进行预警和防治的一个核心问题。砂岩蠕变破坏研究成果较多,但是含水率与应力水平作用下对其蠕变性能和破坏过程的影响,还不是十分清楚。据此,本文将对砂岩吸水特征及其在不同含水率条件下不同加载应力水平时的蠕变特征进行详细的实验研究,并对砂岩通向破坏过程的临界演化特征进行分析和描述。通过砂岩单轴压缩试验,对砂岩峰值强度、变形破坏特征和应力应变曲线类型进行了测试分析,据此确定了砂岩蠕变破坏的加载应力水平。同时,对砂岩进行了浸水试验,表明砂岩含水率初始时随浸水时间增加很快,随后趋于平缓,并且含水率与浸水时间近似呈负指数关系。在含水率较低时,砂岩峰值强度随砂岩含水率增加降低较快,含水率较高时峰值强度变化趋缓。通过变换分级增量的分级加载试验,对不同分级增量下砂岩蠕变破坏过程进行了详细实验观测,实验结果表明,砂岩各应力加载水平对应瞬时应变与应力水平呈线性增长,且分级增量越大,线性关系的斜率越小,即瞬时应变随加载应力水平增长越慢。各级瞬时应变、蠕变应变量和稳定蠕变应变速率随应力水平增加而增大。分析了不同含水率与加载应力水平作用下的蠕变特征,表明了含水率越大,瞬时应变与应力水平之间的线性关系斜率越大,即含水率的增加使得瞬时应变随加载应力水平增长越快。不同含水率的砂岩稳定蠕变应变率均随加载应力水平成指数关系增长。同时,各加载应力水平对应的蠕变应变量、蠕变应变率随砂岩含水率增大而单调增长,蠕变破坏应力水平随含水率增长而降低。不同含水率砂岩蠕变破坏均展现出减速、稳定和加速发展的三阶段演化特征。同时邻近破坏时的加速破坏可以描述为距离破坏时间的幂律奇异性关系,临界幂律奇异性指数均接近于-1。通过分析蠕变发展全过程的三个阶段,为了能够描述模拟蠕变发展的全过程,引入应力开关和非线性粘塑体,将它们与基本元件组合,形成了非线性蠕变模型且给出了数学表达式,并与试验结果进行对比,对模型进行了验证。
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