巖石流變理論第一頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環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日資源與環境工程學院流變現象流變現象：1、蠕變：當應力恒定時，應變隨時間延長而增加的現象稱為蠕變。2、松弛：當應變保持恒定時，應力隨時間延長而減小的現象稱為松弛。第三頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環境工程學院流變現象3、彈性后效：加載（卸載）一定時間以后，應變才增加（減小）到一定程度的現象稱為彈性后效。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日資源與環境工程學院蠕變蠕變類型：穩定蠕變：蠕變開始階段變形較快，隨后逐漸減慢，最后趨于一穩定值。不穩定蠕變：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日資源與環境工程學院長時強度長時強度解析式表達：：經驗常數：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，數學擬合，經驗方程）實驗法：將應力實驗觀測的數據曲線分段，用函數公式逐段擬合，將各段函數合并，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、串聯方式串聯特點：①復合體總應力與串聯元件中任一元件的應力相等。②復合體總應變等于串聯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日資源與環境工程學院流變模型基本組合形式2、并聯方式并聯特點：①復合體總應力等于并聯元件中所有元件應力之和。②復合體總應變與并聯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體具有蠕變現象，而且屬于不穩定蠕變，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體具有蠕變現象，而且屬于穩定蠕變。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，無蠕變現象，當總應力超過屈服極限時，有蠕變現象，而且屬于不穩定蠕變。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，無蠕變現象；當超過屈服極限，具有蠕變現象，而且屬于不穩定蠕變。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:無松弛現象。松弛方程:第四十頁，共五十一頁，2022年，8月28日資源與環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，無彈性后效現象，無粘性流動；當超過屈服極限，無彈性后效現象，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，無蠕變現象；當超過屈服極限，具有蠕變現象，而且屬于不穩定蠕變。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，無松弛現象；當超過屈服極限，有松弛現象。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，無彈性后效現象，無粘性流動；當超過屈服極限，無彈性后效現象，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:具有蠕變現象，而且屬于穩定蠕變。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日資源與環境工程學院典型三元件流變模型