粉砂质泥岩峰前、峰后应力松弛特性试验研究

摘要

采用分级加载方法，对三峡地区巴东组粉砂质泥岩开展峰前、峰后三轴压缩应力松弛试验。依据试验结果，分析峰前弹性段、屈服段，峰后应变软化段、残余强度段岩石应力松弛量、应力松弛度、松弛稳定时间以及应力松弛速率的变化规律，研究峰前、峰后不同阶段岩石应力松弛特征的差异。引入损伤变量对三参量广义Kelvin模型进行改进，建立岩石的非线性应力松弛损伤模型。应用Levenberg-Marquardt算法，辨识得出岩石的应力松弛损伤模型参数。基于辨识结果，分析峰后破裂对岩石应力松弛模型参数的影响作用，研究峰前、峰后不同阶段岩石应力松弛模型参数的变化规律。在试验研究成果的基础上，总结得出峰前、峰后岩石不同的应力松弛机制。研究结果表明：（1）峰前、峰后各阶段中，峰后应变软化段试样的应力松弛量大，应力损失程度高，松弛稳定时间长，应力松弛速率快，工程实践中应尽可能避免使岩石处于峰后应变软化段。（2）峰后各级应变水平试样的G1，G2，凰参数值为峰前0．20％应变水平相应参数值的1％～53％，峰后岩石的应力松弛模型参数值急剧降低。（3）峰后形成的宏观破裂对试样的黏弹性力学特性影响最大，黏性力学特性其次，而对试样的瞬时弹性力学特性影响最小。（4）峰后应变软化段试样的G1，H1模型参数值大幅降低，峰前屈服段试样的G2模型参数值大幅降低。（5）峰前岩石的应力松弛主要是由于岩石内部微裂隙的产生、扩展等原因而引起的，峰后岩石的应力松弛主要是由于岩石中宏观裂纹的产生、扩展以及贯通等原因而引起的。峰前、峰后岩石的应力松弛机制不同。