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1、第24卷第5期同济大学学报.o.Vol24N51996年10月JOURNALOFTONGJIUNIVERS碑YOet.1996*蠕变试验中流变模型辨识及参数确定夏才初孙钧(同济大学地下建筑与工程系,上海,20092)摘要对岩,,石流变性态作了全面分析提出了能描述岩石最复杂流变性态的流变模型介绍了用不同应力水平下的蠕变试验加载却载曲线辫识各种流变模型及其参数的方法.关键词岩石流变;蠕变试验;模型辨识中图法分类号TU45岩石具有流变性已为大家所熟知,用弹簧、粘壶和摩擦片及其不同组合来模拟岩石复杂的流变性态也被广泛采用,并提出了众多的流变模型.这些流变模型之间的内在联系以及三个元件怎样的组合才能既
2、使结构模型最简洁又能全面地描述岩石的流变力学性态,已有的文献对流变性态的命名含义不够严密,常常与流变模型之间不是一一对应.流变模型辨识已,.〔’一幻有论及但只限于几个简单的流变模型之间不同应力水平的加卸载蠕变试验是确定流〔幻,变模型及其参数的最常用而有效的方法但还未提出用最少的流变试验资料对岩石流变模型进行全面系统的辨识方法.本文对这些问题作了研究,并得出了合理的解答.1岩石的流变力学性态,:在岩石蠕变试验中典型的加载蠕变曲线和卸载回弹曲线表明岩石变形可分为瞬时变.,。。形和随时间而产生的蠕变变形几(t)从加卸载过程看瞬时变形可分为可恢复的弹性变形和不可恢复的永久塑性变形.蠕变变形也可分为随
3、时间可恢复的滞后回弹变形和不可恢复的残余变形.研究瞬时变形的弹塑性理论已较为完善,在此不作分析.为了论述简化,弹簧参数E0广义地看作是瞬时变形性态.将蠕变变形分解为衰减蠕变和定常蠕变,它们都可以在应力很小时就产生,也可以在应力达到一定量值后才产生,由此可判定变形中是否含有与时间有关的塑性成分.用来描述岩石流变力学性态的基本元件弹簧(H)、粘壶(N)和摩擦片(S),可以按附图所示组合成,1.用这些基四种与时间有关的基本的岩石流变性态其变形特征从表中可一目了然本流变性态可组合成十一种基本的复合流变力学性态,其命名方法可用基本流变性态名称间加小杠来命名.如:粘弹性一粘弹塑性一粘性一粘塑性,它也是岩
4、石最复杂的流变性态模型,即表2中的模型15.:,,本文收到日期1995年9月21日:第一作者男1963年生副教授*国家博士后基金资助项目5:第期夏刁初等蜗变试验中流变模型辨识及参数确定表1岩石的基本力学性态变形特征序号流变性态应变可恢复性应力阀值蟠变曲线类型长期强度粘弹矛塑性粘性不可恢复无有定常蟠变粘弹性完全恢复衰减姗变田!枯塑性}粘塑性不可恢复定常蜘变有限粘弹塑性部分恢复衰减蟠变岩石的墓本力学性态2岩石流变力学模型2.1岩石基本流变模型的动态过程以下各方程中不包括瞬时变形部分.()表示模型.的时间相关部分2.1.1粘性(马克斯韦尔模型(M)=N)『:动态方程云=/叮(1)。。:蠕变方程‘(
5、t)=t/叮(2)‘口。,:残余应变=t/叮(3)2.1.2粘塑性B)=N/s)(宾汉模型(;叮>氏:动态方程云=位一叼t/叮(4)。口。口.:。。>。.:蠕变方程c(t)=(一)t向(5)。,。。。.:.。>。.:残余应变=(一)t功(6)2.1.3粘弹性(开尔文模型=H/N)K,。叮:口:动态方程套+E/~向(7)ect口。i一exp,t,,蠕变方程()=[(一E功)]/E(8)。t。。exp,t::滞后回弹;()=[i一(一刃勿)〕/E(9)2.1.4粘弹塑性附山模型C~H/N/S):.12动态方程云+凡。/叮=(叮一叮)/叮(10)叮。叮.1expZ2:。>。.t蠕变方程悦(t)=(
6、一)〔1一(一Et加)]/E(11)。叮。叮.1exp:2Z口1滞后回弹;(t)=(一2)[i一(一Et/叮)]/E>氏(12)。r。.,expZ2Z。>叮.,残余应变(t)=[i一(一Et/叮)]/E(13).22普遍流变力学模型(K一C一M一B)的动态方程K)一一,粘弹性(一粘弹塑性(C)粘性(M)粘塑性(B)性态是最复杂的的流变性态其对应的流变模型是最普遍的流变模型,即表2中的模型15,其它流变模型均可由此模型导出.在此给出该模型的动态过程.2.2.1状态方程.,.a叮叮,口:当簇(时’云:￡叮,。,3;。:,叮”,叮3+E/=子/E+[i/叮+i/叮+E/(E叮)]沙+E/()(14
7、).b当,<叮蕊JsZ氏时:叮:Z叮2I2￡,叮2。,:::艺+(E/+E/)云+EE/(叮)=J/E+(1/叮+1/叮+E/(叮E0)+Z叮Z。;Z叮:叮2,Z叮,叮3a,口.,叮,:E/(E))沙+[(E+E)/()+EE/()]一E/(叮)(15)同济大学学报第24卷.c当6>氏,>氏2时艺’+(El/叮:+EZ/叮2),s’IE2叮1叮2色=行’。+〔(1/”,+1/叮:+1向:++[E/()]/E4
