冲击扰动下软岩的剪切蠕变试验研究

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露天矿山边坡中的软岩(二叠系炭质泥页岩软弱夹层),在长时间受到因爆破振动产生的冲击扰动时,其岩层的蠕变性质会发生显著的改变,进而导致边坡发生滑动剪切破坏,不利于边坡保持长期的稳定。因此,研究冲击扰动下软岩的剪切蠕变特性,具有十分重要的工程实际意义。本文采用试验研究、理论分析等方法,利用自主研发的岩石冲击-剪切蠕变试验系统,对四川金顶矿山的软岩开展了不同法向压力、不同冲击能量扰动下的剪切蠕变试验,揭示了不同因素影响下软岩的蠕变特性及非线性破坏演化规律,建立了冲击扰动下软岩的蠕变损伤模型,并对模型进行了参数的辨识,验证了模型的适用性。主要的研究结论如下:(1)冲击扰动对软岩的瞬时应变、蠕变总时长、蠕变各阶段的速率、进入加速蠕变阶段的时间和蠕变强度具有显著的影响。扰动时刻的变形包括弹性变形和塑性变形,软岩在受到冲击扰动时存在一个能量耐受极限,冲击能量较小时扰动变形以弹性变形为主,超过耐受极限时,扰动变形呈指数增长,以永久变形为主。(2)长期的剪应力荷载会对软岩的内部结构造成损伤劣化效应,降低其力学参数,弱化其力学强度,施加冲击扰动会加剧损伤劣化效应。宏观和微观表现上,冲击扰动可改变软岩的破坏形态,能量越大其破坏形态表现越破碎。(3)考虑蠕变损伤,冲击扰动加剧劣化效果和扰动变形,引入了冲击扰动因子和软岩劣化函数,建立了蠕变损伤NVPB元件,并串联广义开尔文和冲击扰动开关组合体,构建了能准确描述软岩在不同因素影响下蠕变全过程的损伤模型;蠕变拟合曲线与试验数据拟合良好,拟合度均高于0.9。通过参数反演确定了劣化函数和模型中非确定参数与冲击扰动能量之间的函数关系,验证了模型的适用性。综上,本文通过对软岩开展了不同法向压力和不用冲击能量扰动下的剪切蠕变试验,研究了软岩在冲击扰动下的剪切蠕变特性,并根据试验结果建立了扰动蠕变损伤模型,可为揭示此类矿山滑坡的成灾机理,提供了一定的理论参考。
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