加锚节理岩体剪切蠕变特性及其本构模型分析

摘要

深部岩体地质环境复杂,节理岩体破坏机理不明确制约深地工程发展,为研究深部节理岩体的剪切破坏,尤其是塑性剪切破碎带的变形破坏,通过采用相似材料模拟试验和细观CT扫描技术相结合的方法,对不同法向应力下加锚节理岩体分级剪切蠕变试验过程进行研究;引入新型元件对原有模型进行修正,并采用剪切蠕变试验与三维重构宏细观结合的方法对复合流变模型中孔隙体积分数进行求解.研究表明:①在节理岩体剪切蠕变试验中,瞬时蠕变变形量与法向应力呈负相关,衰减蠕变时间与法向应力呈正相关;②研究发现剪切蠕变试验中稳态蠕变时间与试件破坏时间的比值时间因数M不随法向应力的提高变化,视为岩体固有属性;试验中试件的时间因数M均大于84％,即稳态蠕变时间在整个试件破坏过程中占比高.通过对不同岩体强度下时间因数M与孔隙体积分数f进行统计分析可知:时间因数M随岩体强度的提高呈现增加的趋势,孔隙体积分数f随时间因数M提高线性增加,从而实现利用时间因数M对节理岩体破碎程度的定量表征;③传统西原模型能够准确描述节理岩体剪切蠕变的衰减阶段和稳态阶段,对加速阶段的描述与实际不符,为准确描述节理岩体剪切蠕变全程,引入GTN模型对传统西原体进行修正,得到描述加锚节理岩体剪切蠕变全程的复合流变模型,通过对复合流变模型与试验曲线进行验证,说明复合流变模型在描述节理岩体剪切蠕变曲线的加速阶段时优于传统西原体.