第五章岩石的流变特性

3.4岩石的流变性质解析3.4岩石的流变性质在上节中所讨论的岩石变形特性都是在加载后瞬时的变形特性，这些变形特性与时间是无关。

但实际上，种类岩土工程的变形都不同程度上与时间有关。

例如，在中硬以下岩石及软岩中开掘的隧道、矿山巷道等地下工程，经常出现顶板下沉、边墙挤进和底板隆起等工程使用空间缩小现象。

这就是岩石流变性质的显现。

研究岩石流变性质，对解决岩土工程的维护设计和长期稳定性问题有十分重要的意义。

其中，蠕变现象是岩土工程中显现最明显，对工程稳定性影响最大的流变现象，是岩石流变理论研究中的常规内容。

3.4.1典型蠕变曲线特征以应变 为纵座标，时间t为横座标，作应变与时间的关系曲线（如图3.24所示），该曲线就是蠕变曲线。

它的形状和特性与岩石性质、加载水平等多种因素有关，各种蠕变曲线的形状和特性不尽相同。

图3.24是一条典型的蠕变曲线。

从曲线形态上看，可将该曲线分成三个阶段：Ⅰ.AB阶段，称作为瞬态蠕变阶段（或称初始蠕变阶段）。

加载：首先岩石特产生瞬时的弹性应变，这一应变是与时间无关的，如图中所示的OA段。

当外荷载维持一定的时间后，岩石将产生一部分随时间而增大的应变，此时的应变速率将随时间的增长远渐减小，曲线呈下凹型，并向直线状态过渡。

卸载：岩石的瞬时弹性应变最先恢复，如图中的PQ段。

之后，随着时间的增加，其剩余应变亦能逐渐地恢复，如图中的QR段。

QR段曲线的存在，说明岩石具有随时间的增长应变逐渐恢复的特性，这一特性被称作为弹性后效。

Ⅱ.BC阶段，被称作为稳定蠕变阶段（或称等速蠕变阶段）。

加载：在这一阶段最明显的特点是应变与时间的关系近似地呈直线变化，应变速率为一常数，该应变率与作用的外荷载的大小和介质的粘滞系数 有关。

卸载：出现与第一阶段卸载时一样的特性，弹性后效仍然存在，但是这时的应变已无法全部恢复，存在着部分不能恢复的永久变形。

Ⅲ.C点以后阶段，为非稳态蠕变（或称加速蠕变阶段）。

加载：当应变达到C点后，岩石将进入非稳态蠕变阶段。

岩石节理流变力学特性及其本构模型岩石是地球表面上最重要的地质组成部分，节理流变力学是研究岩石力学性质和变形机理的重要理论。

因此，了解岩石节理的流变特性及其本构模型，对于揭示岩石的变形机制有重要意义。

本文主要从岩石节理的流变特性和本构模型介绍这一主题，以深入了解岩石的流变特性及其本构模型有助于提高岩石的力学性质及其变形机制的揭示能力。

一、岩石节理的流变特性岩石节理是由不同矿物组成的结构元素，它以不同的内部形态和细节尺寸遍布于岩石中，构成不同的流变模式。

岩石节理由其尺寸、孔隙率、结构差异等影响其流变特性，比如勒让德效应、细节尺寸差异效应等。

1、勒让德效应勒让德效应指岩石节理处的摩擦力大于整体岩石的摩擦力，这是由于节理处的岩片之间的接触表面积比破损部位大而导致的。

2、细节尺寸差异效应岩石节理中的孔隙大小、密度和尺寸差异，可能会导致岩石处于不同的回缩态，从而影响其流变特性。

二、岩石节理的本构模型岩石节理的本构模型可以根据节理的流变特性来得出，通常会有两个组成部分，即岩石本身的自支撑模型和节理模型。

1、岩石本身的自支撑模型该模型又称为经典的应变-应力关系模型，它描述了岩石在受力后的变形和断裂行为，考虑到岩石多方向和单方向受力等因素，依照不同模型有一定差别。

一般情况下，岩石节理主要受拉伸力和剪切力的影响，单方向模型一般可以采用木桥定律。

2、岩石节理模型岩石节理的本构模型可以根据节理的流变特性来得出。

节理在复杂的力学条件下，有可能发生破坏，从而影响其变形和断裂行为，因此节理需要考虑到摩擦力、表面张力及其他影响因素，提出相应的本构模型。

总之，岩石节理的流变特性及其本构模型是地质学家和工程师研究岩石变形机制和完善岩石力学性质的重要基础，了解岩石节理的流变特性及其本构模型能够有助于提高岩石的力学性质及其变形机制的揭示能力。

《岩石流变扰动特性试验研究》篇一一、引言岩石流变特性是地质工程领域中重要的研究内容，对于岩体稳定性分析、地质灾害预防以及岩土工程设计与施工具有重要指导意义。

岩石流变扰动特性的研究，能够揭示岩石在外部力作用下的变形行为和流变机制，为岩体工程提供更为准确的理论依据。

本文旨在通过试验研究，深入探讨岩石流变扰动特性的相关问题。

二、试验材料与方法1. 试验材料试验所需岩石样品应取自具有代表性的岩体，并对样品进行分类与整理。

确保样品的均匀性与代表性，以便进行后续的试验分析。

2. 试验方法（1）流变试验：采用流变仪对岩石样品进行流变试验，记录不同应力条件下的流变数据。

（2）扰动试验：对岩石样品施加不同频率和幅度的振动与冲击，观察岩石的扰动响应及流变特性的变化。

（3）数据采集与分析：通过传感器实时采集流变与扰动试验过程中的数据，运用专业软件对数据进行处理与分析。

三、试验结果与分析1. 流变特性分析通过对岩石样品进行流变试验，得到了不同应力条件下的流变曲线。

分析发现，岩石在流变过程中表现出明显的阶段性特征，不同阶段的流变机制与速率存在差异。

此外，岩石的流变特性还受到温度、湿度等环境因素的影响。

2. 扰动特性分析在扰动试验中，观察到岩石在不同频率与幅度的振动与冲击下表现出不同的响应特征。

随着扰动的增强，岩石的流变特性发生明显变化，表现为流变速率的加快与流变机制的转变。

同时，岩石的扰动特性还受到其内部结构与成分的影响。

3. 扰动对流变特性的影响通过对比分析流变试验与扰动试验的数据，发现扰动对岩石的流变特性具有显著影响。

扰动能够加速岩石的流变速率，改变流变机制，使岩石在较短的时间内发生较大的变形。

此外，扰动的频率与幅度对岩石的流变特性也具有重要影响，不同扰动条件下的岩石流变特性存在明显差异。

四、讨论与结论1. 讨论岩石的流变扰动特性是一个复杂的地质工程问题，涉及多个因素的影响。

本文通过试验研究，初步揭示了岩石的流变特性和扰动响应特征，但仍有许多问题需要进一步探讨。

岩石流变力学特性略析1.前言在进行岩体边坡，巷道围岩等工程的长期稳定性评价时，则需要考虑岩石或岩体结构的应力应变随时间变化的这一特殊力学特性。

由于岩石的流变性极大地影响到工程的安全性，因而这一方面的研究早已引起了国内外学者的广泛关注。

[1]一般来说，关于岩体介质的流变性研究包括裂隙岩体的流变性，含夹层的软弱岩体的流变性研究等。

所谓流变性，从宏观上看，是指当岩石所受的应力水平超过其所能承受的流变下限，其产生随时间变化的流变变形；而从微观上看，既是岩石内部组构随时间不断调整，重组的过程，导致应力应变的分布不断出现变化。

2.研究内容岩石流变性一般包括几个方面：一是蠕变，即在应力水平为常量时，其变形随时间增长的过程；二是应力松弛，相反，在应变水平保持恒定时，岩体应力随时间一定程度上不断衰减的过程；三是长期强度，即岩体强度随时间不断降低的过程，并逐渐衰减至一个稳定值；四为弹性后效与粘滞效应，在加载完成后瞬时弹性变形完成，此后部分粘性变形随时间增长，并趋于稳定，此部分的变形值在卸荷后仍然可以恢复，但徐经理一定的时间，这两个过程分别称之为滞后效应与弹性后效，或统称为粘滞效应。

3.试验方法与数据分析3.1试验仪器现阶段在岩石室内流变试验应用较为广泛的是全自动岩石三轴流变试验伺服控制系统，该试验设备能够长时期的保持轴向及侧向压力的稳定，并能通过计算机自动记录，采集实时数据。

[2]3.2试验方法与数据分析蠕变试验的加载方式一般分为分别加载及分级加载。

分别加载指在理想条件下岩石试件，试验条件及试验设备等完全相同的条件下，对几个试件施加不同的荷载，从而得到不同应力水平下的蠕变曲线。

但由于实际试验条件的限制，一般岩石蠕变试验只能通过采取分级加载的方式，在一个岩石试件上逐级施加不同荷载来观察岩石不同应力下的蠕变特性。

要得到不同应力水平下独立的蠕变曲线，需要利用基于Boltzmann线性叠加原理的"坐标平移法"，由原始阶梯状的蠕变历时曲线得到分级加载条件下的蠕变曲线，以便分析蠕变应变与不同应力水平之间的关系；其次，由于蠕变的应力应变关系在不同时刻下是不同的，为了从直接获取的蠕变曲线中近似的得到同一时刻岩石蠕变的应力应变关系及其随时间的变化规律，并观察屈服强度的近似值，可以根据蠕变曲线中选取相同时间t，用其所对应的应力水平σ和应变值ε所组成的应力应变等时曲线，同时可近似的得到等时弹性模量等。

1、什么是岩石的流变、松驰、弹性后效？【答题要点】：（1）岩石的流变性是指岩石的应力-应变随时间流逝而变化的性质；（2）松弛：即在应变不变的条件下，随着时间的延长，应力降低的现象；（3）弹性后效：即加（卸）载后经过一段时间应变才增加（或减少）到应有值的现象。

2、什么叫支承压力?它和矿山压力有何不同？【答题要点】：（1）在工程体形成后，其周围岩体内的应力重新分布，一般将工程体两侧经应力重新分布以后，其切向应力增高的部分称为支承压力；（2）矿山压力是指在地下煤岩中进行采掘活动而在井巷、硐室及回采工作面周围煤、岩体中和其中的支护物上所引起的力；（3）支承压力是矿山压力的一个重要组成部分和主要研究对象，但它不是矿山压力的全部内容，矿山压力除支承压力以外，还包括巷道及回采工作面周围岩体对支架产生的力，围岩中的水平应力等等。

3、简述煤层倾角变化对回采工作面矿山压力显现的影响。

【答题要点】：（1）随着煤层倾角增加，顶板下沉量将逐渐变小；（2）由于煤层倾角增加，采空区顶板冒落矸石不能在原地停留，垮落不均或沿底板滑移，上部冒落，下部充填较满，支架受力不均；（3）在同样的生产条件下，俯斜开采时，上覆岩层顶板更容易形成结构。

4、回采工作面支柱的工作特性有哪几种?【答题要点】：（1）急增阻式；（2）微增阻式；（3）恒阻式。

5、简述巷道矿压控制方法和途径？【答题要点】：（1）在控制方法上，有巷道保护、巷道支护、巷道修护三种方式；（2）分析目前所采用的各种矿压控制方法，从其对付矿压的原理来看，不外乎抗压、让压、躲压、移压四种控制途径。

6、按锚固方式锚杆最基本的分类是什么？【答题要点】：（1）机械锚固式包括胀壳式锚杆、倒楔式锚杆、楔缝式锚杆；（2）粘结锚固式包括树脂锚杆、快硬水泥卷锚杆、水泥砂浆锚杆；（3）摩擦锚固式包括缝管式锚杆、水胀式管状锚杆等。

7、简述“绿色开采技术”的主要内容。

【答题要点】：（1）保水开采；（2）煤与煤层气共采；（3）条带与充填开采、离层注浆减沉；（4）煤巷支护部分矸石井下处理；（5）煤炭地下气化。

岩石的流变特性及其数值模拟应用作者：高星璞来源：《环球市场》2018年第03期摘要：本文介绍了岩石流变特性及其在岩石工程方面的应用与在数值模拟方面的应用。

主要内容包括：对岩石流变特性的综述性介绍以及在数值模拟软件中蠕变本构模型的分类与介绍。

具体阐述了有关岩石粘弹塑性的改进burgers模型。

关键词：岩石流变；数值模拟应用；蠕变本构；改进burgers模型流变特性是岩石力学中一个重要的研究课题，与岩土工程长期稳定与安全紧密相关。

许多重大岩体工程建设均迫切需要了解岩石流变特性，以促进岩体工程建设的顺利进行，并确保岩体工程在长期运营过程中的安全与稳定，这就需要对岩石流变特性作进一步深入研究。

因而在岩石工程中，充分考虑岩石的流变特性，对于岩石力学的理论研究和实际工程应用都具有重要的实践与指导意义。

一、岩石流变特性的研究内容岩石流变是指岩石矿物组构（骨架）随时间增长而不断调整重组，导致其应力、应变状态亦随时间而持续地增长变化。

对岩石工程流变学的研究，诸如在岩基、边坡和隧道与地下工程等有重要实用价值的领域，总的说来常包括有以下方面的研究内容：（1）蠕变：在常值应力持续作用下，岩体变形随时间而持续增长发展的过程。

（2）应力松弛：在常值应变水平条件下，岩体应力随时间而不断地有一定程度衰减变化的过程。

（3）长期强度：岩体强度随时间而持续有限降低，并逐渐趋近于一个稳定收敛的低限定值。

（4）弹性后效和滞后效应（黏滞效应）：加荷时继瞬间发生的弹性变形之后，仍有部分后续的黏性变形呈历时增长；此外，在一定的应力水平持续作用下，在卸荷之后，这部分黏性变形虽属可恢复的，但其恢复过程却需要一定的滞后时间。

以上部分的变形虽仍属于弹性变形范畴，但对在加荷过程中其变形随时的逐渐增长称为“滞后效应”；而在卸荷之后，其变形随时间的逐渐恢复，则称为“弹性后效”。

二者统称“黏滞效应”，都归属于流变岩体的黏性特征。

就上述4个方面的岩体流变属性而言，其中蠕变与岩石工程和隧道设计施工的关系最为密切，这一方面的研究工作也最具重要性和工程实用价值。