不同应力条件下岩体的蠕变曲线
固体介质在长期静荷载的作用下,应力或变形随时间而变化的性质称为流变性。
1.流变性的表现形式
(1)蠕变:当温度、湿度等环境条件不变时,在恒定应力作用下,变形(或应变)随时间的持续而逐渐增长的现象。
(2)松弛:当温度、湿度等环境条件不变,应变保持恒定时,固体介质承受的应力随时间的增长而逐渐减小的现象。
试验和工程实践表明,岩石和岩体均具有流变性。特别是蠕变现象尤为显著。有些工程建筑的失事,往往不是因为荷载过高,而是在应力较低的情况下,岩体产生蠕变而导致的。软弱岩石、软弱夹层、碎裂及散体结构岩体,其变形的时间效应明显,蠕变特征显著;而坚硬完整岩体蠕变特征不显著。
2.蠕变曲线
对一组试件,分别施以大小不同的恒定荷载,测定各试件在不同时间的应变值,则可得到一组如图10-6所示的蠕变曲线。
图10-6 不同应力条件下岩体的蠕变曲线
由该图可见,岩体的蠕变曲线,因恒定荷载大小不同可分为两种类型。
(1)稳定蠕变曲线:是在较小的恒定荷载作用下,变形随时间增长,变形速率递减最后趋于稳定,是一种趋于稳定的蠕变。
(2)非稳定蠕变曲线:当恒定荷载超过某一极限值后(> σ ∞ ),变形随时间不断增长,最终导致破坏。
典型的蠕变曲线可分为以下三个阶段。
(1)初始蠕变阶段(0 A 段)。其特点是变形速率逐渐减小,所以又称阻尼蠕变阶段。
(2)等速蠕变阶段( AB 段)。其变形缓慢平稳,应变随时间呈近于等速的增长。
(3)加速蠕变阶段( BC 段)。本阶段的特点是变形速率加快直到岩体的破坏。
3.影响岩石蠕变的主要因素
(1)应力。当应力小时,蠕变速率缓慢,可能渐趋稳定;当应力大时,蠕变加速,应力越大,蠕变速率也越大,可引起破坏(图10-6)。
(2)温度。温度越高,蠕变变形越大。当低温时,蠕变近似地与时间的对数、应力和温度等成比例;在高温时,蠕变近似地与时间幂函数( t m )及应力幂函数( σ n )成比例,指数 m 和 n 随温度升高而增大。
(3)加载速率。当应力相同时,蠕变变形随加载速率的减小而增大。此外,岩石蠕变还与湿度有关。
4.长期强度
当岩体所受的长期应力超过某一临界应力值时,岩体才经蠕变发展至破坏,这一临界应力值(即蠕变破坏的最低应力值)称为岩体的长期强度,以 σ ∞ 或 τ ∞ 表示(图10-6)。
岩体的长期强度取决于岩石及结构面的性质、含水量等因素。根据原位剪切试验资料,软弱岩体和泥化夹层的长期剪切强度( f ∞ )与短期剪切强度( f c )的比值,约为0.8左右,大体相当于快剪试验的屈服值与峰值强度的比值。