岩石力学---第一章 岩石的物理力学性质(下）.pptxVIP

四、流变理论(一)、流变概念1、流变性：岩石的应力应变与时间因素有关的性质。2、流变现象：岩石在变形过程中具有时间效应的关系。（二）、流变现象介绍1、蠕变：当应力恒定时，应变随时间延长而增加的现象称为蠕变。2、松弛：当应变保持恒定时，应力随时间延长而减小的现象称为松弛。3、弹性后效：加载（卸载）一定时间以后，应变才增加（减小）到一定程度的现象称为弹性后效。4、粘性流动：加载一段时间以后卸载，岩石产生永久不可恢复的变形的现象称为粘性流动。(三)、蠕变曲线特征蠕变开始阶段变形较快，随后逐渐减慢，最后趋于一稳定值稳定蠕变蠕变类型不稳定蠕变变形随时间延长无限增大，直至岩石破坏长时强度：在极缓慢加载情况下，岩石经过漫长的时间才破坏，此时对应的应力水平称长时强度。长时强度的确定： 1）由应力—时间曲线获得： ①取不同σ做蠕变实验获取图a；②由每条曲线加速蠕变达到破坏时对应的应变值ε确定荷载作用所经历时间t；③以破坏应力σ及破坏前经历时间t绘制b图；（应力—时间曲线）④该曲线的水平渐近线，截距为长时强度。2）由应力—应变曲线获得： ①取不同σ做蠕变实验获取图a ； ②在蠕变曲线族上做t=t0,t=t1,…t=tn 纵线； ③将纵线与蠕变曲线交点绘制b图；（应力—应变曲线） ④取t→∞的一条曲线的水平渐近线，截距为长时强度。影响蠕变因素1、岩性2、压力3、温度与湿度（四）、流变理论分析方法1、 实验法（实验观测，数学拟合，经验方程） 实验法：将应力实验观测的蠕变曲线分段，用函数公式逐段拟合，将各段函数合并，得经验方程。2、模型法（力学模型，本构方程，数学求解） 模型法：利用基本力学元件组合成不同的力学体，模拟岩石 的变形性质，并建立力学本构方程，通过数学求解流变方程（微分方程法）。本构方程：卸载方程：蠕变方程：松弛方程：（五）、基本元件介绍1、弹性体（虎克体）代表元件：弹簧本构方程：蠕变方程：卸载方程：松弛方程：2、粘性体（牛顿体）代表元件：阻尼器本构方程：蠕变方程：卸载方程：松弛方程：3、塑性体（圣维南体）代表元件：摩擦片本构方程：蠕变方程：卸载方程：松弛方程：4、刚体（尤可利体）代表元件：刚杆（六）、流变模型基本组合形式1、串联方式串联特点：①复合体总应力与串联元件中任一元件的应力相等。②复合体总应变等于串联元件中所有元件应变之和。2、并联方式并联特点：①复合体总应力等于并联元件中所有元件应力之和。②复合体总应变与并联元件中任一元件的应变相等。本构方程:（七）、马克斯威尔体（M体）流变性质分析蠕变方程:松弛方程:1、蠕变分析:结论: M体具有蠕变现象，而且属于不稳定蠕变，其蠕变速率恒定。2、松弛分析:结论:M体具有松弛现象，随着时间的延长，应力将趋于0。卸载方程:3、弹性后效与粘性流动分析:结论:M体不具有弹性后效现象，但有粘性流动。本构方程:（八）、开尔文体（K体）流变性质分析蠕变方程:松弛方程:1、蠕变分析:结论: K体具有蠕变现象，而且属于稳定蠕变。2、松弛分析:结论:K体无松弛现象。卸载方程:3、弹性后效与粘性流动分析:结论:K体具有弹性后效现象，但无粘性流动。本构方程:（九）、圣维南体（St.vennant）流变性质分析蠕变方程:松弛方程:1、蠕变分析:结论: 当总应力不超过屈服极限时，无蠕变现象，当总应力超过屈服极限时，有蠕变现象，而且属于不稳定蠕变。2、松弛分析:结论:无松弛现象。卸载方程:3、弹性后效与粘性流动分析:结论:无弹性后效现象，当不超过屈服极限时，无粘性流动，但当超过屈服极限时，有粘性流动。本构方程:（十）、理想粘塑性体流变性质分析蠕变方程:松弛方程:1、蠕变分析:结论: 当不超过屈服极限，无蠕变现象；当超过屈服极限，具有蠕变现象，而且属于不稳定蠕变。2、松弛分析:结论:无松弛现象。卸载方程:3、弹性后效与粘性流动分析:结论:当不超过屈服极限，无弹性后效现象，无粘性流动；当超过屈服极限，无弹性后效现象，但具有粘性流动。本构方程:（十一）、宾汉姆体流变性质分析蠕变方程:松弛方程:1、蠕变分析:结论: 当不超过屈服极限，无蠕变现象；当超过屈服极限，具有蠕变现象，而且属于不稳定蠕变。2、松弛分析:结论:无松弛现象当不超过屈服极限，无松弛现象；当超过屈服极限，有松弛现象 。卸载方程:结论:当不超过屈服极限，无弹性后效现象，无粘性流动；当超过屈服极限，无弹性后效现象，但具有粘性流动。本构方程:（十二）、广义开尔文体流变性质分析蠕变方程:1、蠕变分析:结论: 具有蠕变现象，而且属于稳定蠕变。卸载方程:2、卸载分析:结论:有弹性后效现象，无粘性流动。本构方程:（十三）、鲍埃丁-汤姆逊体流变性质分析蠕变方程:1、蠕变分析:结论: 具有蠕变现象，而且属于稳定蠕变。卸载方程:2、卸载分析:结论:有弹性后效现