气干与湿润状态下多孔隙岩石黏弹性特性与力学模型

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1、第26卷第7期岩石力学与工程学报Vol.26No.72007年7月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringJuly，2007气干与湿润状态下多孔隙岩石的黏弹性特性与力学模型高秀君，大久保诚介，福井胜则(东京大学工学系研究科，日本东京113–8656)摘要：为研究多孔隙岩石的变形特性，提出一个适用于多孔隙岩石的非线形流变模型(本构方程)。本模型是由弹簧与阻尼器串连组成，弹簧部分采用作者曾经提出的本构方程；代表黏性部分的阻尼器设定加载前黏度很小，随着荷载的增加而逐渐加大。

2、在低应力水平下的蠕变试验中，由于弹性系数没有明显的下降，因而设定阻尼器的应变与蠕变应变相同。为验证模型的准确性，对泥质砂岩、大谷凝灰岩、田下凝灰岩与河津凝灰岩4类岩石分别进行理论计算与试验测试。对于各类岩石，计算得到的应力–应变曲线与实测曲线基本一致，而且用此流变模型，发现气干与湿润状态下杨氏模量具有明显的差异。研究结果表明，在这2种状态下，杨氏模量的差异是由于非弹性应变(即阻尼器的应变)不同而引起的。在湿润状态下，阻尼器的应变增加越大，杨氏模量则变得越小。即使在较低的应力条件下，阻尼器的应变比以往研究中所认为的

3、应变要大很多。关键词：岩石力学；多孔隙岩石；凝灰岩；泥质砂岩；蠕变；非弹性应变；柔量；本构方程中图分类号：TU45文献标识码：A文章编号：1000–6915(2007)07–1325–08VISCOELASTICPROPERTIESANDAMECHANICALMODELFORPOROUSROCKSUNDERAIR-DRIEDANDWATER-SATURATEDCONDITIONSGAOXiujun，OkuboSeisuke，FukuiKatsunori(DepartmentofGeosystemEngineeri

4、ng，UniversityofTokyo，Tokyo113–8656，Japan)Abstract：Viscoelasticpropertiesduringdeformationareespeciallynotableforporousrockssuchastuffandweatheredrocks.Theauthorsstudythedeformationcharacteristicsofporousrocks，andproposeanewrheologicalmodelbasedonconstitutivee

5、quationspreviouslyproposedbytheauthors.Themodelconsistsofaspringandadashpot.Itisassumedthattheconstitutiveequationdescribedinapreviousstudycanbeappliedtothespring.Theviscosityofthedashpotislowbeforeloading，andincreasesgraduallywithprogressiveloading.Increepte

6、stingatlowstresslevels，strainofthedashpothascloserelationshipwithcreepstrainbecausethespringconstantdoesnotdecreasesignificantlyatlowstresslevels.Theshapeofthestress-straincurveandtheloadingrate-dependenceofthepeakstrengthcanbeexplainedaccordingtotheproposedr

7、heologicalmodel.Tocomparethetheoreticalpredictionswiththetestresults，fourkindsofrocksincludingmuddysandstone，Oyatuff，TagetuffandKawazutuffareemployed.Thetheoreticalstress-straincurvesarewellconsistentwiththemeasuredcurves.Thekeyresultofthisstudyisthatevenatlo

8、wstressconditions，strainofthedashpotisconsiderablylargerthanthatconsideredinpreviousstudies.Bythismodel，thedifferenceofYoung′smodulibetweenair-driedandwater-saturatedconditionsiswellsimul