单轴压缩荷载下岩石的蠕变特性

线弹性体σ=Eε非线性弹性体σ=f(ε)弹性
σ
ε
F
σ
ε
P
Q
弹塑性阶段
P≤P1塑性滞回环σ
ε
1
P p
εe
εO
P
N
M
/E PM NM
=加载-卸载变形模量：弹性模量：0e p
E σσ
εεε==
+P ＞P1曲线趋势重合
本质是应力路径问题
1.弹塑性岩石等荷载循环加卸载变形特征
等荷载循环加载
0→P10→P10→P1
塑性滞回环
塑性滞回环，
等荷载循环加卸载
的应力-应变曲线
1.弹塑性岩石等荷载循环加卸载变形特征
疲劳破坏临界应力疲劳强度）临界应力
等荷载循环加卸载的应力-应变曲线
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2.弹塑性岩石增荷载循环加卸载变形特征
塑性滞回环
塑性滞回环，
增荷载循环加卸载
的应力-应变曲线
2.弹塑性岩石增荷载循环加卸载变形特征
强化
代表岩石的弹性模量
强化
岩石的记忆性
外包线
图中OC线
岩石变形记忆。

岩土体的蠕变特性研究通常滑坡的发展过程是一个蠕变的过程，变形随时间而不断增加；软弱夹层控制的滑坡变形则主要是随着软弱夹层的蠕变过程，强度随时间不断降低，最终软弱夹层蠕滑导致上部岩层发生滑动从而形成滑坡，所以对软弱夹层蠕变特性的研究非常重要。

标签滑坡；边坡；蠕变特性1 概述在实际工程中，岩土的蠕变特性是最受关注的。

岩土体及软弱夹层的蠕变特性往往是引起边坡工程及滑坡工程破坏与失稳的主要原因。

边坡及滑坡的蠕变是指组成边坡及滑坡的岩体和土体在自重应力以及水平应力为主的作用下，变形随时间而持续增加的性质。

产生变形的原因是多方面的，地质作用、地下水流、温度变化、植被作用等都可以产生变形。

但就岩土体本身而言导致边坡及滑坡变形与时间有关的变形主要是岩土体蠕变引起的，因此研究岩土体材料的蠕变特性尤其是软弱夹层的蠕变特性极其重要。

2 土体的蠕变特性岩土体材料的蠕变包括岩石和土的蠕变，由于岩石材料和土体材料在结构特性、材料组成上有较大的差异，所以，岩石的蠕变特性和土体材料相比较，也有较大的区别。

人们在实验室内对各种岩体进行了单轴压缩、弯曲、剪切及常规三轴等试验，也对岩体软弱面进行了剪切试验，通过对试验结果进行分析得出不同的受力条件，各类岩土体的蠕变特性不尽相同。

从图1以看出，蠕变过程分为两种情况，第一种情况在应力较低时蠕变过程可能以减速进行，称为衰减蠕变过程见图1（a）；第二种情况在应力较高时，蠕变过程可能加速进行，称为非衰减蠕变过程见图1（b）。

在这两种情况下，变形等于受荷载后立即发生的瞬时变形ε0与随时间发展的变形ε（t）之和：衰减蠕变的过程如图1(a)所示，变形ε(t)以减速发展，速度最后趋向于零，相应地，变形ε(t)趋向于与荷载值相关的某个极限值。

非衰减蠕变过程如图1（b）所示，蠕变曲线包括四个阶段：瞬时变形阶段；初始蠕变阶段；稳定蠕变阶段；加速蠕变阶段。

非稳定蠕变阶段的蠕变变形量可以表示为：其中（1）瞬时蠕变阶段如图1（b）OA段，该段是施加恒定荷载后短时间内产生的瞬时变形，即式（2.2）中的，其值为，为施加的恒定应力，G为岩土体的弹性模量。

第二章 岩石的基本物理力学性质1、全应力—应变曲线（岩石试件在（刚性试验机）单轴压缩载荷作用下产生变形的全过程）（1）OA 阶段，通常被称为孔隙裂隙压密阶段。

其特征是应力—应变曲线呈上凹型，在此阶段岩石试件中原有的张开型结构面和微裂隙逐渐闭合，横向膨胀较小，试件体积随载荷的增大而减小。

本阶段对节理裂隙丰富的岩石表现较为明显，对坚硬少裂隙的岩石不明显。

（2）AC 阶段，通常称此阶段为弹性变形阶段。

其中AB 阶段为线弹性变形阶段；BC 为非线性变形阶段。

BC 阶段中出现了微裂隙的破裂，因此也称为破裂稳定发展阶段。

（3）CD 阶段，非稳定破裂发展阶段或称累积性破坏阶段。

C 点是岩石从弹性变为塑性的转折点，称为屈服点，其相应的应力称为屈服应力（屈服极限），数值约为峰值应力的三分之二左右。

进入此阶段后，微破裂的发展出现了质的变化，它们不断聚合形成了宏观裂隙，直至岩石试件完全破坏。

此时，试件由体积压缩转为扩容，轴向应变和体积应变速率迅速增大。

当达到D 点时，岩石已经破坏，此时的强度称为峰值强度。

（4）DE 阶段称为破坏后阶段。

当载荷达到D 点后，岩石试件内部结构已遭到破坏，但试件基本保持整体形状。

进入本阶段后，宏观裂隙快速发展，并且相互交叉联合形成宏观断裂面，岩块的变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑移，试件的承载能力迅速下降，但不会到零，岩石仍具有一定的承载能力。

应该指出，对于坚硬的岩石来说，这一塑性阶段很短，有的几乎不存在，它所表现的是脆性破坏的特征。

所谓脆性是指应力超出了屈服应力却并不表现出明显的塑性变形的特性，而因此达到破坏，即为脆性破坏。

2、单轴压缩条件下的岩石变形特征：①岩石的变形特性通常可以从试验时所记录下来的应力—应变曲线中获得；②岩石的应力—应变曲线反映了各种不同应力水平下所对应的应变(变形)规律；③岩石试件在（刚性试验机）单轴压缩载荷作用下产生变形的全过程，可全应力-应变曲线来表示。

3、三轴压缩条件下的岩石变形特征A 、 时岩石变形特征①岩石的强度随围压（ ）的增加，岩石的屈服应力随之提高；②总体来说，岩石的弹性模量变化不大，有随围压增大而增大的趋势；③随着围压的增加，峰值应力所对应的应变值23σσ=23σσ=有所增大，其变形特征表现出低围压的脆性向高围压的塑性转换的规律。

岩块的力学属性：1．弹性（elasticity）：在一定的应力范围内，物体受外力产生的全部变形当去除外力后能够立即恢复其原有的形状和大小的性质。

2．塑性（plasticity）：物体受力后产生变形，在外力去除（卸荷）后不能完全恢复原状的性质。

不能恢复的变形叫塑性变形或永久变形、残余变形。

3．粘性（viscosity）：物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质。

应变速率随应力变化的变形叫流动变形。

4．脆性（brittle）：物质受力后，变形很小时就发生破裂的性质。

5．延性（ductile）：物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质。

第一节岩块的变形性质一、单轴压缩条件下的岩块变形性质1．连续加载下的变形性质（1）加载方式：单调加载（等加载速率加载和等应变速率加载）循环加载（逐级循环加载和反复循环加载）（2）四个阶段：①Ⅰ：OA段，孔隙裂隙压密阶段；②Ⅱ：AC段，弹性变形至微破裂稳定发展阶段（AB段和BC段）弹性极限→屈服极限③Ⅲ：CD段，非稳定破裂发展阶段（累进破裂阶段）→“扩容”现象发生“扩容”：在岩石的单轴压缩试验中，当压力达到一定程度以后，岩石中的破裂（裂纹）继续发生和扩展，岩石的体积应变增量由压缩转为膨胀的力学过程。

—峰值强度或单轴抗压强度④Ⅳ：D点以后阶段，破坏后阶段（残余强度）以上说明：岩块在外荷作用下变形→破坏的全过程，具有明显的阶段性，总体上可分为两个阶段：1）峰值前阶段（前区）2）峰值后阶段（后区）（3）峰值前岩块的变形特征（Miller，1965）①应力—应变曲线类型米勒（Miller，1965）6类（σ—εL曲线），如图4.3所示：Ⅰ：近似直线型（坚硬、极坚硬岩石）：如玄武岩、石英岩等；Ⅱ：下凹型（较坚硬、少裂隙岩石）：如石灰岩、砂砾岩；Ⅲ：上凹型（坚硬有裂隙发育）：如花岗岩、砂岩；Ⅳ：陡“S”型（坚硬变质岩）：如大理岩、片麻岩；Ⅴ：缓“S”型（压缩性较高的岩石）：如片岩；Ⅵ：下凹型（极软岩）。

单轴压缩情况下软岩的动态力学特性试验研究(1)摘要：本文对软岩(砂浆模拟材料)进行了应变速率范围为10-5到101s-1的动单轴压缩实验。

实验结果表明，试样的抗压强度随应变速率的增加有较明显的增加趋势，增加幅度大于硬岩。

同时，试样的弹性模量以及泊松比随着应变速率的增加均有增加的趋势，但幅度小于强度的增加幅度。

本文还根据不同应变速率下试样破裂面的sem实验结果，初步分析了软岩动态力学特性机理。

关键词：动单轴压缩软岩力学特性mechanical properties of soft rock under dynamic uniaxial compressionabstract: the present paper introduced the experimental study on soft rock (analogized with mortar) under dynamic uniaxial compression at the strain rates from 10-5 to 101 s-1. it is indicated that the compressive strength of the soft rock increase with the increasing strain rate and the rising rates are higher than that of soft rock. the young’s moduli and poisson’s ratio of the soft rock increase with the increasing strain rate, but the rising rates are less than that of compressive strength. in addition, based on the sem results, the mechanism of the strain rate effect of the soft rock is primarily analyzed.key words: dynamic u niaxial compression / soft rock/ mechanical properties一、前言岩石材料在动载荷作用下的力学特性是研究爆炸以及地震载荷在岩石结构中传播与衰减规律的基本参数。

三、论述题1、结合岩石力学与工程实际，简要叙述工程岩体结构面的基本力学属性（2003）（看ppt）结构面是指岩体中存在着的各种不同成因和不同特性的地质界面，包括物质的分界面、不连续面如节理、片理、断层、不整合面等。

其工程力学性质主要包含三个方面：法向变形、剪切变形、抗剪强度。

2、论述岩石的流变性以及蠕变变形曲线特征（2004，2006，2009）或：简要说明岩石的流变性(2005,2008)或：简要论述岩石的蠕变特征（2003）岩石的流变性：就是指岩石的应力-应变关系与时间因素有关的性质，包括蠕变、松弛与弹性后效三个方面。

蠕变：当载荷不变时，变形随着时间而增长的现象；松弛：当应变保持不变时，应力随着时间增长而减小的现象；弹性后效：当加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。

当岩石在某一较小的恒定载荷持续作用下，其变形量虽然随时间增长而有所增加，但蠕变变形的速率则随时间增长而减小，最后变形趋于一个稳定的极限值，这是稳定蠕变。

当荷载较大时，蠕变不能稳定于某一极限值，而是无限增长直到破坏。

这是不稳定蠕变，根据应变速率不同，分为以下三个阶段：(附上图)1减速蠕变阶段(ab段)：应变速率随时间增加而减小2等速蠕变阶段(bc段)：应变速率保持恒定3加速蠕变阶段(cd段)：应变速率迅速增加直到岩石破坏稳定蠕变和不稳定蠕变的临界应力为岩石的长期强度。

3、论述岩石在复杂应力状态下的破坏类型，并阐述其在工程岩体稳定性研究中的意义（2004）在关于岩石破裂的所有讨论中，破裂面的性质和描述是最重要的，出现的破裂类型可用下图中岩石在各种围压下的行为来说明。

在无围压受压条件下，观测到不规则的纵向裂缝[见图(a)]，这个普通现象的解释至今仍然不十分清楚；加中等数量的围压后，图(a)中的不规则性态便由与方向倾斜小于45度角的单一破裂面所代替[图(b)]，这是压应力条件下的典型破裂，并将其表述为剪切破坏，它的特征是沿破裂面的剪切位移，对岩石破裂进行分类的Griggs和Handin(1960)称它为断层；因为它符合地质上的断层作用，后来有许多作者追随着他们；然而，更可取的似乎是限制术语断层于地质学范围，保留术语剪切破裂于试验范围更好；如果继续增加围压，使得材料成为完全延性的，则出现剪切破裂的网格[图(c)]，并伴有个别晶体的塑性。

一、概述岩石是地球地壳和地幔的基本组成部分，其力学性质的研究对于地质工程、地质灾害防治以及资源开发具有重要意义。

岩体在地质作用下承受着巨大的应力，而岩石的力学性质又直接影响着岩体的变形和破坏特征。

在地质工程领域中，对岩体的单轴压缩变形特征进行研究，可以为岩体工程设计和岩土工程稳定性分析提供重要依据。

二、单轴压缩试验简介在地质工程领域，常常需要对岩体的力学性质进行试验研究。

单轴压缩试验是常用的一种试验方法，其原理是将岩样置于一个闭合的压力容器内，通过增加容器内的压力来对岩样施加垂直于岩样轴线方向的压缩应力。

在岩体的单轴压缩试验中，可以获得岩石的应力-应变曲线，从而分析岩石的压缩变形特征。

三、单轴压缩变形特征1. 岩石的应力-应变关系在单轴压缩试验中，随着施加的压缩应力增加，岩石发生变形并产生应变。

岩石的应力-应变曲线可以分为线性弹性阶段、非线性弹塑性阶段和破裂阶段三个阶段。

上线性弹性阶段，岩石呈现出线弹性的特征，即应变与应力成正比。

在非线性弹塑性阶段，岩石的应力-应变曲线开始出现非线性，并且伴随着岩石的塑性变形。

而在破裂阶段，则是岩石发生破裂破碎。

2. 岩石的变形模式在单轴压缩试验中，岩石会发生不同的变形模式。

常见的岩石变形模式包括轴向收缩、周向膨胀、岩石的剪切滑动等。

其中，轴向收缩是指岩石在受到垂直于轴向的压缩应力作用下，呈现出沿着轴向方向的收缩变形；而周向膨胀则是指岩石在受到垂直于轴向的压缩应力作用下，呈现出垂直于轴向方向的膨胀变形；岩石的剪切滑动则是指岩石在承受一定应力作用下，产生水平方向上的剪切滑动变形。

3. 岩石的强度特征通过单轴压缩试验，可以获得岩石在不同应力下的强度特征。

常见的岩石强度特征包括抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等。

抗压强度是指岩石在受到压力作用下抵抗破碎的能力，是评价岩石抗压性能的重要指标；抗拉强度是指岩石在受拉伸应力作用下的抗破坏能力；抗剪强度则是指岩石在受到剪切应力作用下的抗破坏能力。

简述岩石在单轴压缩条件下的变形特征岩石是地壳中的主要构成物质，它们在地壳运动过程中承受着巨大的应力作用。

在单轴压缩条件下，岩石的变形特征是指岩石在受到垂直于加载方向的压力作用时所表现出的变形形态和变形特点。

下面将从岩石的弹性变形、塑性变形和破裂变形三个方面来简述岩石在单轴压缩条件下的变形特征。

岩石在单轴压缩条件下会发生弹性变形。

当岩石受到压力作用时，它们会产生弹性变形，即岩石在受力后能够恢复到原来的形状。

这是因为岩石在受到压力后会发生分子结构的微小变化，但并不会导致岩石的永久性变形。

弹性变形是岩石在单轴压缩条件下最初的变形阶段。

岩石在单轴压缩条件下还会发生塑性变形。

当岩石受到更大的压力作用时，弹性变形达到一定程度后，岩石会进入到塑性变形阶段。

在这个阶段，岩石的分子结构会发生较大的变化，岩石会发生永久性的形变。

塑性变形使岩石的形状和结构发生了根本性的改变，岩石的体积会发生明显的收缩。

岩石在单轴压缩条件下可能会发生破裂变形。

当岩石受到更大的压力作用时，如果该岩石的强度不足以抵抗压力，就会导致岩石的破裂变形。

破裂变形使岩石产生明显的裂隙和断裂，岩石的整体结构会发生破坏。

破裂变形常常伴随着地震活动，是地壳中构造变动的重要表现形式。

总的来说，岩石在单轴压缩条件下的变形特征主要包括弹性变形、塑性变形和破裂变形三个方面。

弹性变形是岩石最初的变形阶段，岩石在受力后能够恢复到原来的形状；塑性变形是岩石的永久性变形阶段，岩石的体积会发生明显的收缩；破裂变形是岩石受到巨大压力作用时的变形阶段，会导致岩石产生明显的裂隙和断裂。

岩石的变形特征不仅对于地质学研究具有重要意义，也对于工程建设和地震灾害预测有着重要的指导作用。

因此，深入了解岩石在单轴压缩条件下的变形特征对于相关领域的研究和应用具有重要意义。

五、岩石的蠕变1、蠕变特征①岩石蠕变的概念在应力不变的情况下，岩石变形随时间t 而增长的现象。

即 d 随时间而变化。

σdt②岩石蠕变类型有两种类型：稳定型蠕变ε非稳定型蠕变a 、 稳定型蠕变 ：在恒定εⅡ应力作用下，变形速率Ⅰ随时间递减，最终趋于Ⅰ零，即d0 ，变形区dtt域稳定。

一般在较小应力下或硬岩中。

b 、 非稳定型蠕变 ：岩石在恒定应力作用下，岩石变形随时间不断增 长，直至破坏。

一般为软弱岩石或应力较大。

③蠕变曲线变化特征岩石的蠕变曲线可分为三个阶段：Ⅰ阶段：初期蠕变。

应变－时间曲线向下弯曲，应变速率d由大变dt小。

属弹性变形。

Ⅱ阶段：等速蠕变。

εⅢⅡⅠTCBP UA VεQeR0 t应变－时间曲线近似直线，应变随时间呈近于等速增长。

出现塑性。

Ⅲ阶段：加速蠕变。

应变－时间曲线向上弯曲，其应变速率加快直至破坏。

应指出，并非所有的蠕变都能出现等速蠕变阶段，只有蠕变过程中结构的软化和硬化达到动平衡，蠕变速率才能保持不变。

在Ⅰ阶段，如果应力骤降到零，则－t 曲线具有 PQR形式，曲线从 P 点骤变到 Q 点，PQ＝e为瞬时弹性变形，而后随时间慢慢退到应变为零，这时无永久变形，材料仍保持弹性。

在Ⅱ阶段，如果把应力骤降到零，则会出现永久变形，其中TU＝e。

④不同应力下的蠕变岩石蠕变速率与应力大小有直接关系。

低应力时，应变速度变化缓慢，逐渐趋于稳定。

应力增大时，应变速率增大。

高应力时，蠕变加速，直至破坏。

应力越大，蠕变速率越大，反之愈小。

b bε2520 b1815 b10baa a－稳定蠕变 ( 不破坏)tb－非稳定蠕变( 蠕变破坏)岩石长期强度：指岩石由稳定蠕变转为非稳定蠕变时的应力分界值。

即，岩石在长期荷载作用下经蠕变破坏的最小应力值(或)岩石极限长期强度：指长期荷载作用下岩石的强度。

2、蠕变经验公式由于岩石蠕变包括瞬时弹性变形、初始蠕变、等速蠕变和加速蠕变，则在荷载长期作用下，岩石蠕变的变形可用经验公式表示为：＝e + (t) +M t + T(t )e－瞬时变形；(t ) －初始蠕变； M t－等速蠕变；T (t )－加速蠕变。

层状岩体单轴和双轴压缩蠕变特性的数值试验的报告，600字
本报告旨在研究不同类型层状岩体（单轴和双轴）的蠕变特性，采用定向试验方法分别测试单轴和双轴压缩蠕变特性。

实验材料采用的是一个Y号水泥砂浆，其中石英砂的比重是2.6，粉煤灰的比重是2.3。

这两种材料也作为填充物被添加到
水泥砂浆中，实验样品的尺寸为D=30mm *H=50mm，其中D
为直径，H为高度。

单轴压缩蠕变实验主要是在室温下，以0.02mm/min的速度向
一侧施加一定的压力，根据受力方向测得不同方向曲率蠕变变形率，测得了增量蠕变强度及蠕变比。

双轴压缩蠕变实验主要是在室温下，以0.01MPa/s的速度向两
侧同时施加一定的压力，然后测得增量蠕变模量、增量蠕变强度、增量蠕变比和增量蠕变应变等信息。

实验结果表明，两种层状岩体的蠕变特性存在明显差异。

单轴压缩蠕变模量和增量蠕变强度均较小，大约为6MPa和1MPa；而双轴压缩蠕变模量和增量蠕变强度则分别为10MPa，2MPa，其增量蠕变比和增量蠕变应变均较大。

综上所述，单轴和双轴压缩蠕变特性的实验表明，双轴压缩蠕变的模量和增量蠕变强度明显高于单轴压缩蠕变的模量和增量蠕变强度，此外，增量蠕变比和增量蠕变应变也都比单轴压缩蠕变要大。

这表明，双轴压缩蠕变特性会比单轴压缩蠕变特性
更加可靠，因此应用双轴压缩蠕变来评估层状岩体的蠕变特性更加可靠。