巖石流變理論第一頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院流變概念流變概念：1、流變性：巖石的應力應變與時間因素有關的性質。2、流變現(xiàn)象：巖石在變形過程中具有時間效應的關系。第二頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院流變現(xiàn)象流變現(xiàn)象：1、蠕變：當應力恒定時，應變隨時間延長而增加的現(xiàn)象稱為蠕變。2、松弛：當應變保持恒定時，應力隨時間延長而減小的現(xiàn)象稱為松弛。第三頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院流變現(xiàn)象3、彈性后效：加載（卸載）一定時間以后，應變才增加（減?。┑揭欢ǔ潭鹊默F(xiàn)象稱為彈性后效。4、粘性流動：加載一段時間以后卸載，巖石產生永久不可恢復的變形的現(xiàn)象稱為粘性流動。第四頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院蠕變蠕變類型：穩(wěn)定蠕變：蠕變開始階段變形較快，隨后逐漸減慢，最后趨于一穩(wěn)定值。不穩(wěn)定蠕變：變形隨時間延長無限增大，直至巖石破壞。第五頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院蠕變蠕變曲線特征：巖石典型蠕變曲線巖石典型蠕變曲線第六頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院蠕變蠕變影響因素：巖性壓力溫度與濕度第七頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院長時強度長時強度：在極緩慢加載情況下，巖石經過漫長的時間才破壞，此時對應的應力水平稱長時強度。第八頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院長時強度由應力時間曲線獲得長時強度第九頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院長時強度長時強度獲取步驟：①取不同σ做蠕變實驗獲取應力時間變化關系圖。②由每條曲線加速蠕變達到破壞時對應的應變值ε確定荷載作用所經歷時間t。③以破壞應力σ及破壞前經歷時間t繪制應力—時間曲線圖。④該曲線的水平漸近線，截距為長時強度。第十頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院長時強度由應力應變時間曲線獲得長時強度第十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院長時強度長時強度獲取步驟：①取不同σ做蠕變實驗獲取應力時間變化關系圖。②在蠕變曲線上不同時間點做垂線與各蠕變曲線相交。③用垂線與蠕變曲線交點繪制應力應變曲線圖。④取t→∞的一條曲線的水平漸近線，截距為長時強度。第十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院長時強度長時強度解析式表達：：經驗常數(shù)：瞬時強度：長時強度第十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院流變理論分析方法流變理論分析方法：實驗法（實驗觀測，數(shù)學擬合，經驗方程）實驗法：將應力實驗觀測的數(shù)據(jù)曲線分段，用函數(shù)公式逐段擬合，將各段函數(shù)合并，得經驗方程。第十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院流變理論分析方法模型法（力學模型，本構方程，數(shù)學求解）模型法：利用基本力學元件組合成不同的力體體，模擬巖石的變形性質，并建立力學本構方程，通過數(shù)學求解流變方程（微分方程法）。第十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院流變基本元件介紹流變基本元件介紹本構方程：蠕變方程：1、彈性體（虎克體）代表元件：彈簧第十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院流變基本元件介紹卸載方程：松弛方程：第十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院流變基本元件介紹本構方程：蠕變方程：2、粘性體（牛頓體）代表元件：阻尼器第十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院流變基本元件介紹卸載方程：松弛方程：第十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院流變基本元件介紹3、塑性體（圣維南體）代表元件：摩擦片本構方程：蠕變方程：第二十頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院流變基本元件介紹卸載方程：松弛方程：第二十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院流變基本元件介紹4、剛體（尤可利體）代表元件：剛桿本構方程：蠕變方程：第二十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院流變基本元件介紹卸載方程：松弛方程：第二十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院流變模型基本組合形式流變模型基本組合形式1、串聯(lián)方式串聯(lián)特點：①復合體總應力與串聯(lián)元件中任一元件的應力相等。②復合體總應變等于串聯(lián)元件中所有元件應變之和。第二十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院流變模型基本組合形式2、并聯(lián)方式并聯(lián)特點：①復合體總應力等于并聯(lián)元件中所有元件應力之和。②復合體總應變與并聯(lián)元件中任一元件的應變相等。第二十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型二元件流變模型分析1、馬克斯威爾體（M體）流變性質分析本構方程:第二十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型二元件流變模型分析蠕變分析:蠕變方程:結論:M體具有蠕變現(xiàn)象，而且屬于不穩(wěn)定蠕變，其蠕變速率恒定。第二十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型二元件流變模型分析松弛分析:松弛方程:結論:M體具有松弛現(xiàn)象，隨著時間的延長，應力將趨于0。第二十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型二元件流變模型分析彈性后效與粘性流動分析:卸載方程:結論:M體不具有彈性后效現(xiàn)象，但有粘性流動。第二十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型二元件流變模型分析2、開爾文體（K體）流變性質分析本構方程:第三十頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型二元件流變模型分析蠕變分析:結論:K體具有蠕變現(xiàn)象，而且屬于穩(wěn)定蠕變。蠕變方程:第三十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型二元件流變模型分析松弛分析:結論:K體無松弛現(xiàn)象。松弛方程:第三十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型二元件流變模型分析彈性后效與粘性流動分析:結論:K體具有彈性后效現(xiàn)象，但無粘性流動。卸載方程:第三十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型二元件流變模型分析3、圣維南體（St.vennant）流變性質分析本構方程:第三十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型二元件流變模型分析蠕變分析:結論:當總應力不超過屈服極限時，無蠕變現(xiàn)象，當總應力超過屈服極限時，有蠕變現(xiàn)象，而且屬于不穩(wěn)定蠕變。蠕變方程:第三十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型二元件流變模型分析松弛分析:結論:無松弛現(xiàn)象。松弛方程:第三十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型二元件流變模型分析彈性后效與粘性流動分析:結論:無彈性后效現(xiàn)象，當不超過屈服極限時，無粘性流動，但當超過屈服極限時，有粘性流動。卸載方程:第三十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型二元件流變模型分析4、理想粘塑性體流變性質分析本構方程:第三十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型二元件流變模型分析蠕變分析:結論:當不超過屈服極限，無蠕變現(xiàn)象；當超過屈服極限，具有蠕變現(xiàn)象，而且屬于不穩(wěn)定蠕變。蠕變方程:第三十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型二元件流變模型分析松弛分析:結論:無松弛現(xiàn)象。松弛方程:第四十頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型二元件流變模型分析彈性后效與粘性流動分析:結論:當不超過屈服極限，無彈性后效現(xiàn)象，無粘性流動；當超過屈服極限，無彈性后效現(xiàn)象，但具有粘性流動。卸載方程:第四十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型三元件流變模型分析5、賓漢姆體流變性質分析本構方程:第四十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型三元件流變模型分析蠕變分析:結論:當不超過屈服極限，無蠕變現(xiàn)象；當超過屈服極限，具有蠕變現(xiàn)象，而且屬于不穩(wěn)定蠕變。蠕變方程:第四十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型三元件流變模型分析松弛分析:結論:當不超過屈服極限，無松弛現(xiàn)象；當超過屈服極限，有松弛現(xiàn)象。松弛方程:第四十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型三元件流變模型分析彈性后效與粘性流動分析:結論:當不超過屈服極限，無彈性后效現(xiàn)象，無粘性流動；當超過屈服極限，無彈性后效現(xiàn)象，但具有粘性流動。卸載方程:第四十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型三元件流變模型分析6、廣義開爾文體流變性質分析本構方程:第四十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型三元件流變模型分析蠕變分析:結論:具有蠕變現(xiàn)象，而且屬于穩(wěn)定蠕變。蠕變方程:第四十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型三元件流變模型分析彈性后效與粘性流動分析:結論:有彈性后效現(xiàn)象，無粘性流動。卸載方程:第四十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環(huán)境工程學院典型三元件流變模型