商品详情
书名：岩石应力松弛特性试验与模型研究
定价：88.0
ISBN：9787030538574
作者：于怀昌
版次：1
出版时间：2017-08
内容提要：
本书系统介绍了作者近年来在岩石应力松弛试验与模型研究方面取得的成果。主要内容包括：岩石常规物理力学性质研究，岩石三轴压缩应力松弛特性试验与模型研究，岩石常规力学、蠕变以及应力松弛特性的对比，水以及围压对岩石应力松弛特性的影响作用，岩石峰前与峰后应力松弛特性和岩石非定常黏弹性应力松弛本构模型等。
目录：
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 单轴压缩应力松弛特性研究现状 1
1.2 多轴压缩应力松弛特性研究现状 3
1.3 剪切应力松弛特性研究现状 3
1.4 应力松弛数值模拟研究现状 4
参考文献 4
第2章 岩石常规物理力学性质研究 6
2.1 试样采集与制备 6
2.2 岩石物理性质试验 7
2.3 岩石常规力学试验 8
2.3.1 试验仪器 8
2.3.2 试验方法 9
2.3.3 试验结果与分析 10
2.4 本章小结 15
参考文献 15
第3章 应力松弛试验设备与方法 17
3.1 试验设备 17
3.2 加载方式与数据处理方法 19
3.2.1 加载方式 19
3.2.2 Boltzmann叠加原理 21
3.3 试验方法 22
3.4 本章小结 24
参考文献 24
第4章 岩石三轴压缩应力松弛特性试验与模型研究 26
4.1 应力松弛试验结果 26
4.2 岩石应力松弛规律 28
4.2.1 应力松弛阶段 28
4.2.2 应力松弛特征 28
4.2.3 应力松弛速率 30
4.2.4 径向应变与体积应变 31
4.2.5 松弛模量 33
4.2.6 应力-应变等时曲线 35
4.3 岩石应力松弛本构模型与参数辨识 35
4.3.1 应力松弛模型的选取 35
4.3.2 Burgers松弛模型参数辨识与验证 36
4.3.3 广义Maxwell模型应力松弛方程 40
4.3.4 元件模型的比较 44
4.4 本章小结 44
参考文献 45
第5章 岩石常规力学、蠕变以及应力松弛特性的对比 47
5.1 岩石常规力学试验 48
5.2 岩石蠕变试验 48
5.2.1 试验设备及方法 48
5.2.2 试验结果 48
5.2.3 岩石蠕变本构模型 49
5.2.4 Burgers蠕变模型参数辨识与验证 51
5.3 岩石应力松弛试验 52
5.4 岩石3种力学特性对比 52
5.4.1 轴向强度比较 52
5.4.2 轴向峰值应变比较 53
5.4.3 剪切模量G与瞬时剪切模量G1比较 54
5.4.4 Burgers流变模型参数比较 55
5.4.5 岩石流变力学参数的选取 56
5.5 本章小结 57
参考文献 58
第6章 水对岩石应力松弛特性影响作用 60
6.1 试样制备与试验方法 61
6.2 试验结果 62
6.3 干燥与饱水状态下岩石应力松弛规律 64
6.3.1 应力松弛量、应力松弛度与松弛稳定时间 64
6.3.2 应力松弛速率 66
6.4 岩石非线性应力松弛损伤模型 67
6.4.1 应力松弛损伤演化方程 68
6.4.2 非线性应力松弛损伤模型 68
6.4.3 模型参数辨识 70
6.4.4 模型参数对比研究 71
6.4.5 损伤变量变化规律 72
6.5 水对岩石应力松弛特性的影响机制 74
6.6 本章小结 74
参考文献 75
第7章 围压对岩石应力松弛特性影响作用 77
7.1 试样制备与试验方法 78
7.2 试验结果 79
7.3 不同围压下岩石应力松弛规律 81
7.3.1 应力松弛量、应力松弛度与松弛稳定时间 81
7.3.2 应力松弛速率 83
7.4 岩石非线性应力松弛损伤模型 85
7.4.1 模型参数辨识 85
7.4.2 模型参数对比 86
7.4.3 损伤变量变化规律 87
7.5 围压对软岩应力松弛特性的影响机制 89
7.6 本章小结 90
参考文献 91
第8章 岩石峰前、峰后应力松弛特性 92
8.1 试样制备与试验方法 93
8.2 试验结果 94
8.3 峰前、峰后岩石应力松弛规律 96
8.3.1 应力松弛阶段 96
8.3.2 应力松弛量、应力松弛度与松弛稳定时间 97
8.3.3 应力松弛速率 98
8.3.4 小结 99
8.4 岩石非线性应力松弛损伤模型 99
8.4.1 模型辨识 100
8.4.2 峰前、峰后模型参数对比 101
8.5 峰前、峰后岩石应力松弛机制 102
8.6 本章小结 103
参考文献 104
第9章 岩石非定常黏弹性应力松弛本构模型 107
9.1 岩石应力松弛试验 108
9.2 岩石非定常黏弹性应力松弛本构模型 109
9.2.1 定常H-K应力松弛模型及参数辨识 109
9.2.2 非定常黏弹性H-K应力松弛模型及参数辨识 110
9.2.3 定常与非定常应力松弛模型对比 114
9.3 本章小结 116
参考文献 116
在线试读：
第1章 绪论
岩石的蠕变和应力松弛特性直接与岩石的长期强度以及工程的长期稳定相关，因此，它们一直是岩石流变力学特性研究的两个重要方面。恒定应力作用下，变形随时间变化而增大的过程称为蠕变，恒定应变作用下，应力随时间变化而减小的过程称为应力松弛。
岩石的应力松弛究其实质也是蠕变的结果。在恒定应变的作用下，随时间的推移，岩石的蠕变变形逐渐增大，因总变形不变，弹性变形则等量逐渐减少，弹性变形将随时间推移逐渐转变为蠕变变形。由于弹性变形降低而引起应力相应减小，这就是应力松弛产生的原因。在应力松弛过程中增加的蠕变变形与蠕变现象在性质上相同，并没有本质区别。因此可以说应力松弛是蠕变现象的另一种表现，是应力不断降低时的“多级”蠕变。
在岩石工程中，应力松弛现象相当普遍，如工程中的边坡、地下洞室、巷道等，往往由于岩石的应力松弛而导致破坏[1]。因此，岩石材料的抗松弛性能对于工程的安全运行具有重要的影响。尽管人们已经认识到岩石应力松弛特性研究的重要性，但由于应力松弛试验要求设备具有长时间保持应变恒定的性能，试验技术难度非常大，因此，岩石应力松弛的研究成果远少于岩石蠕变的研究成果。
随着大型水电工程地下厂房、超长水工隧洞、能源地下储存以及核废料地下隔离等大型工程的不断出现，岩石的应力松弛行为已成为影响岩石工程长期安全与稳定的重要因素之一。因此，开展岩石应力松弛特性试验与模型方面的研究，对于正确评价岩石工程的长期稳定与安全、丰富和完善岩石流变力学都具有重要的理论和实践意义。
下面分别就单轴、多轴、剪切等不同条件下国内外开展的岩石应力松弛特性研究现状进行阐述。
1.1 单轴压缩应力松弛特性研究现状
周德培[2，3]进行了中粒石英砂岩单轴压缩应力松弛试验，分析了岩石的应力松弛特征。基于试验数据，采用双指数函数经验模型描述了岩石的应力松弛行为。李永盛[4]分别对大理岩、粉砂岩、红砂岩以及泥岩进行了单轴压缩应力松弛试验，分析了四种岩石的应力松弛规律，得出了存在连续型和阶梯型两种常见岩石应力松弛曲线形态的结论。邱贤德和庄乾城[5]采用杠杆式流变仪分别进行了长山岩盐和乔后岩盐的应力松弛试验，采用回归模型描述了盐岩的应力松弛特征。杨淑碧等[6]对侏罗系砂溪庙组泥质粉砂岩、砂岩进行了单轴压缩应力松弛试验，试验结果表明一段时间后两种岩石的应力趋于某一恒定值，表现出不完全性松弛。Haupt[7]对盐岩的应力松弛特性进行了试验研究，结果表明盐岩应力松弛过程中，盐岩各方向的应变张量为零，侧向应变几乎一直为常数，盐岩的体积应变保持不变。Yang等[8]采用MTS电液伺服岩石试验机进行了盐岩的单轴应力松弛试验，表明在应力松弛过程中，盐岩的横向应变几乎一直保持为常数，即盐岩的体积应变恒定不变，应力*终松弛趋于零。冯涛等[9]对冬瓜山铜矿床中的石榴子石矽卡岩、闪长玢岩、矽卡岩、粉砂岩、大理岩分别进行了峰值载荷后岩石的应力松弛试验，基于试验结果将岩爆划分为本源型与激励型两种类型。唐礼忠和潘长良[10]对矽卡岩和粉砂岩进行了峰值荷载变形条件下的应力松弛试验，分析了岩石应力松弛曲线的形态特征，并进一步分析了岩石弹性模量储存能力和结构完整性对应力松弛时间以及应力下降台阶数的影响。刘小伟[11]对引洮工程7号试验洞泥质粉砂岩和粉砂质泥岩进行了单轴压缩应力松弛试验，采用Burgers模型来描述岩石的应力松弛特性。曹平等[12]采用分级增量加载方式，对金川II矿区深部斜长角闪岩进行了单轴压缩应力松弛试验，结果表明岩石表现为连续型和非连续阶梯型两种应力松弛特征，并采用西原模型较好地描述了岩石的黏弹塑性特性。张泷等[13]基于Rice不可逆内变量热力学理论对岩石蠕变和松弛本质上的一致性问题进行研究。给定余能密度函数和内变量演化方程建立基本热力学方程，通过不同约束条件构建黏弹-黏塑性蠕变和应力松弛本构方程。*后通过模型相似材料单轴蠕变试验和应力松弛试验对模型进行了验证。苏承东等[14]利用RMT-150B岩石试验机对煤岩进行单轴压缩分级松弛试验，对比分析了常规单轴压缩与单轴分级松弛条件下煤岩的变形、强度和破坏的时效特征。刘志勇等[15]分别对平行和垂直片理组的石英云母片岩进行了720h的单轴压缩应力松弛试验，分析了片岩的各向异性松弛特性，基于岩石松弛损伤演化规律，建立了Bingham流变损伤模型，该模型可以较好地描述岩石的应力松弛行为。
1.2 多轴压缩应力松弛特性研究现状
李晓等[16]对砂岩开展了峰后三轴压缩应力松弛试验，分析了峰后破裂岩石的应力松弛特性，得出了岩石应力松弛量与应力-应变曲线之间的关系。李铀等[17]对红砂岩分别开展了双轴、三轴压缩应力松弛试验，分析了二向以及三向应力状态下岩石的应力松弛行为，得出了多轴应力下红砂岩的松弛规律。基于试验结果，采用改进的Maxwell模型较好地描述了岩石的应力松弛特性。熊良宵等[18]在不同应力下对锦屏二级水电站绿片岩进行了双轴压缩应力松弛试验，分析了岩石轴向应力松弛和侧向应力松弛的特征，并采用经验方程拟合了试验数据。Schulze[19]对预变形的Opalinus四种黏土岩进行三轴压缩应力松弛试验，分析了黏土岩的应力松弛行为。田洪铭等[20]在30MPa围压下对泥质红砂岩进行应力松弛试验，结果表明岩石松弛具有明显的非线性特征，基于对损伤耗散能规律的分析，建立了岩石的非线性松弛损伤模型。田洪铭等[21]开展了围压为15～35MPa下泥质粉砂岩的三轴应力松弛试验，研究了围压对岩石应力松弛特性的影响作用，建立了西原模型描述泥质粉砂岩的三轴应力松弛特性，并验证了模型的正确性。
1.3 剪切应力松弛特性研究现状
周文锋和沈明荣[22]采用水泥砂浆材料模拟规则齿形岩石结构面，进行了不同法向应力下结构面的应力松弛试验，分析了结构面应力松弛规律，并采用Burgers模型描述了结构面的应力松弛行为。田光辉等[23]采用水泥砂浆制作成三种不同角度结构面试件进行剪切松弛室内试验，分析爬坡角正应力对剪切松弛特性的影响，利用Burgers模型的松弛方程对试验曲线进行拟合，验证了模型的正确性。刘昂等[24]采用水泥砂浆材料，依据Barton标准剖面线制作了3种岩石结构面，并对其进行循环加载剪切应力松弛试验，分析了结构面的应力松弛规律，并提出了结构面长期强度的确定方法。田光辉等[25]采用水泥砂浆浇筑成不同角度的结构面试样，利用岩石双轴流变试验机对规则齿形结构面进行不同剪切应力水平下的应力松弛试验，依据松弛曲线特征，考虑模型参数的时间相关性，将黏滞系数看作是与时间有关的非定常参数，建立非线性Maxwell应力松弛方程，提出了应力松弛试验确定长期强度的方法。
1.4 应力松弛数值模拟研究现状
金爱兵等[26]在Microsoft Visual Studio平台上开发出广义Kelvin模型的动态链接库(DLL)文件，在二维颗粒流程序(PFC2D)中对DLL文件进行加载调用，实现对广义Kelvin模型的开发，对含不同数量Kelvin体的广义Kelvin模型进行应力松弛模拟试验，得到接触力随时间的变化关系并与理论解对比，验证了开发模型的准确性。夏明锬等[27]基于Drucker-Prager屈服准则导出了Cosserat连续体黏塑性模型的一致性算法，获得了过应力本构方程积分算法与一致切向模量的封闭形式，并在ABAQUS二次平台上采用用户自定义单元(UEL)予以程序实现。有限元数值算例模拟了堆石料试样在常规三轴条件下的应力松弛，数值预测结果与相应试验结果具有较好的一致性，验证了该流变模型的适应性。杨振伟等[28]研究了颗粒间力与位移关系的数值积分方案，总结出颗粒流程序中接触本构模型开发方法，并基于二维颗粒流程序(PFC2D)开发出具有黏弹塑性特征的西原体接触本构模型。通过两个互相接触的固定球体之间的应力松弛试验，分3种情况验证了模型编制的准确性。张海龙等[29]基于非线性Maxwell模型的可变模量本构方程对70%和90%应力水平下河津凝灰岩的广义应力松弛试验进行了数值模拟，结果表明数值计算和试验结果一致性较好，较好地解释了河津凝灰岩广义应力松弛特性。
第2章 岩石常规物理力学性质研究
岩石流变力学特性的研究对于岩石工程的长期稳定与安全具有极其重要的理论与实践意义。为合理确定分级加载条件下岩石应力松弛试验应施加的应变级数，全面揭示长期荷载作用下岩石的流变力学特性，在研究岩石应力松弛特性之前，有必要对单轴以及不同围压作用下岩石的常规力学性质进行试验研究，以使岩石应力松弛试验能够得以顺利进行。
因此，本章首先对粉砂质泥岩的基本物理性质进行室内试验测定。然后，采用TAWA-2000微机控制岩石伺服三轴压力试验机对T2b2粉砂质泥岩进行了常规三轴压缩试验，获取了不同围压下岩石的应力-应变全过程曲线。分析了岩石屈服强度、峰值强度以及残余强度与围压之间的关系，得出了岩石峰值抗剪强度参数以及残余抗剪强度参数。试验成果为岩石应力松弛试验中应变加载级数提供了依据。
2.1 试样采集与制备
试验所用岩石试样采自三峡库区巫山县龙井乡，如图2.1所示，为三叠系中统巴东组第二段弱、微风化的粉砂质泥岩层。该地层在三峡库区的巴东、巫山、奉节等地大面积分布，是三峡库区的“易滑地层”之一[1~11]。
图2.1 岩石取样位置
定价：88.0
ISBN：9787030538574
作者：于怀昌
版次：1
出版时间：2017-08
内容提要：
本书系统介绍了作者近年来在岩石应力松弛试验与模型研究方面取得的成果。主要内容包括：岩石常规物理力学性质研究，岩石三轴压缩应力松弛特性试验与模型研究，岩石常规力学、蠕变以及应力松弛特性的对比，水以及围压对岩石应力松弛特性的影响作用，岩石峰前与峰后应力松弛特性和岩石非定常黏弹性应力松弛本构模型等。
目录：
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 单轴压缩应力松弛特性研究现状 1
1.2 多轴压缩应力松弛特性研究现状 3
1.3 剪切应力松弛特性研究现状 3
1.4 应力松弛数值模拟研究现状 4
参考文献 4
第2章 岩石常规物理力学性质研究 6
2.1 试样采集与制备 6
2.2 岩石物理性质试验 7
2.3 岩石常规力学试验 8
2.3.1 试验仪器 8
2.3.2 试验方法 9
2.3.3 试验结果与分析 10
2.4 本章小结 15
参考文献 15
第3章 应力松弛试验设备与方法 17
3.1 试验设备 17
3.2 加载方式与数据处理方法 19
3.2.1 加载方式 19
3.2.2 Boltzmann叠加原理 21
3.3 试验方法 22
3.4 本章小结 24
参考文献 24
第4章 岩石三轴压缩应力松弛特性试验与模型研究 26
4.1 应力松弛试验结果 26
4.2 岩石应力松弛规律 28
4.2.1 应力松弛阶段 28
4.2.2 应力松弛特征 28
4.2.3 应力松弛速率 30
4.2.4 径向应变与体积应变 31
4.2.5 松弛模量 33
4.2.6 应力-应变等时曲线 35
4.3 岩石应力松弛本构模型与参数辨识 35
4.3.1 应力松弛模型的选取 35
4.3.2 Burgers松弛模型参数辨识与验证 36
4.3.3 广义Maxwell模型应力松弛方程 40
4.3.4 元件模型的比较 44
4.4 本章小结 44
参考文献 45
第5章 岩石常规力学、蠕变以及应力松弛特性的对比 47
5.1 岩石常规力学试验 48
5.2 岩石蠕变试验 48
5.2.1 试验设备及方法 48
5.2.2 试验结果 48
5.2.3 岩石蠕变本构模型 49
5.2.4 Burgers蠕变模型参数辨识与验证 51
5.3 岩石应力松弛试验 52
5.4 岩石3种力学特性对比 52
5.4.1 轴向强度比较 52
5.4.2 轴向峰值应变比较 53
5.4.3 剪切模量G与瞬时剪切模量G1比较 54
5.4.4 Burgers流变模型参数比较 55
5.4.5 岩石流变力学参数的选取 56
5.5 本章小结 57
参考文献 58
第6章 水对岩石应力松弛特性影响作用 60
6.1 试样制备与试验方法 61
6.2 试验结果 62
6.3 干燥与饱水状态下岩石应力松弛规律 64
6.3.1 应力松弛量、应力松弛度与松弛稳定时间 64
6.3.2 应力松弛速率 66
6.4 岩石非线性应力松弛损伤模型 67
6.4.1 应力松弛损伤演化方程 68
6.4.2 非线性应力松弛损伤模型 68
6.4.3 模型参数辨识 70
6.4.4 模型参数对比研究 71
6.4.5 损伤变量变化规律 72
6.5 水对岩石应力松弛特性的影响机制 74
6.6 本章小结 74
参考文献 75
第7章 围压对岩石应力松弛特性影响作用 77
7.1 试样制备与试验方法 78
7.2 试验结果 79
7.3 不同围压下岩石应力松弛规律 81
7.3.1 应力松弛量、应力松弛度与松弛稳定时间 81
7.3.2 应力松弛速率 83
7.4 岩石非线性应力松弛损伤模型 85
7.4.1 模型参数辨识 85
7.4.2 模型参数对比 86
7.4.3 损伤变量变化规律 87
7.5 围压对软岩应力松弛特性的影响机制 89
7.6 本章小结 90
参考文献 91
第8章 岩石峰前、峰后应力松弛特性 92
8.1 试样制备与试验方法 93
8.2 试验结果 94
8.3 峰前、峰后岩石应力松弛规律 96
8.3.1 应力松弛阶段 96
8.3.2 应力松弛量、应力松弛度与松弛稳定时间 97
8.3.3 应力松弛速率 98
8.3.4 小结 99
8.4 岩石非线性应力松弛损伤模型 99
8.4.1 模型辨识 100
8.4.2 峰前、峰后模型参数对比 101
8.5 峰前、峰后岩石应力松弛机制 102
8.6 本章小结 103
参考文献 104
第9章 岩石非定常黏弹性应力松弛本构模型 107
9.1 岩石应力松弛试验 108
9.2 岩石非定常黏弹性应力松弛本构模型 109
9.2.1 定常H-K应力松弛模型及参数辨识 109
9.2.2 非定常黏弹性H-K应力松弛模型及参数辨识 110
9.2.3 定常与非定常应力松弛模型对比 114
9.3 本章小结 116
参考文献 116
在线试读：
第1章 绪论
岩石的蠕变和应力松弛特性直接与岩石的长期强度以及工程的长期稳定相关，因此，它们一直是岩石流变力学特性研究的两个重要方面。恒定应力作用下，变形随时间变化而增大的过程称为蠕变，恒定应变作用下，应力随时间变化而减小的过程称为应力松弛。
岩石的应力松弛究其实质也是蠕变的结果。在恒定应变的作用下，随时间的推移，岩石的蠕变变形逐渐增大，因总变形不变，弹性变形则等量逐渐减少，弹性变形将随时间推移逐渐转变为蠕变变形。由于弹性变形降低而引起应力相应减小，这就是应力松弛产生的原因。在应力松弛过程中增加的蠕变变形与蠕变现象在性质上相同，并没有本质区别。因此可以说应力松弛是蠕变现象的另一种表现，是应力不断降低时的“多级”蠕变。
在岩石工程中，应力松弛现象相当普遍，如工程中的边坡、地下洞室、巷道等，往往由于岩石的应力松弛而导致破坏[1]。因此，岩石材料的抗松弛性能对于工程的安全运行具有重要的影响。尽管人们已经认识到岩石应力松弛特性研究的重要性，但由于应力松弛试验要求设备具有长时间保持应变恒定的性能，试验技术难度非常大，因此，岩石应力松弛的研究成果远少于岩石蠕变的研究成果。
随着大型水电工程地下厂房、超长水工隧洞、能源地下储存以及核废料地下隔离等大型工程的不断出现，岩石的应力松弛行为已成为影响岩石工程长期安全与稳定的重要因素之一。因此，开展岩石应力松弛特性试验与模型方面的研究，对于正确评价岩石工程的长期稳定与安全、丰富和完善岩石流变力学都具有重要的理论和实践意义。
下面分别就单轴、多轴、剪切等不同条件下国内外开展的岩石应力松弛特性研究现状进行阐述。
1.1 单轴压缩应力松弛特性研究现状
周德培[2，3]进行了中粒石英砂岩单轴压缩应力松弛试验，分析了岩石的应力松弛特征。基于试验数据，采用双指数函数经验模型描述了岩石的应力松弛行为。李永盛[4]分别对大理岩、粉砂岩、红砂岩以及泥岩进行了单轴压缩应力松弛试验，分析了四种岩石的应力松弛规律，得出了存在连续型和阶梯型两种常见岩石应力松弛曲线形态的结论。邱贤德和庄乾城[5]采用杠杆式流变仪分别进行了长山岩盐和乔后岩盐的应力松弛试验，采用回归模型描述了盐岩的应力松弛特征。杨淑碧等[6]对侏罗系砂溪庙组泥质粉砂岩、砂岩进行了单轴压缩应力松弛试验，试验结果表明一段时间后两种岩石的应力趋于某一恒定值，表现出不完全性松弛。Haupt[7]对盐岩的应力松弛特性进行了试验研究，结果表明盐岩应力松弛过程中，盐岩各方向的应变张量为零，侧向应变几乎一直为常数，盐岩的体积应变保持不变。Yang等[8]采用MTS电液伺服岩石试验机进行了盐岩的单轴应力松弛试验，表明在应力松弛过程中，盐岩的横向应变几乎一直保持为常数，即盐岩的体积应变恒定不变，应力*终松弛趋于零。冯涛等[9]对冬瓜山铜矿床中的石榴子石矽卡岩、闪长玢岩、矽卡岩、粉砂岩、大理岩分别进行了峰值载荷后岩石的应力松弛试验，基于试验结果将岩爆划分为本源型与激励型两种类型。唐礼忠和潘长良[10]对矽卡岩和粉砂岩进行了峰值荷载变形条件下的应力松弛试验，分析了岩石应力松弛曲线的形态特征，并进一步分析了岩石弹性模量储存能力和结构完整性对应力松弛时间以及应力下降台阶数的影响。刘小伟[11]对引洮工程7号试验洞泥质粉砂岩和粉砂质泥岩进行了单轴压缩应力松弛试验，采用Burgers模型来描述岩石的应力松弛特性。曹平等[12]采用分级增量加载方式，对金川II矿区深部斜长角闪岩进行了单轴压缩应力松弛试验，结果表明岩石表现为连续型和非连续阶梯型两种应力松弛特征，并采用西原模型较好地描述了岩石的黏弹塑性特性。张泷等[13]基于Rice不可逆内变量热力学理论对岩石蠕变和松弛本质上的一致性问题进行研究。给定余能密度函数和内变量演化方程建立基本热力学方程，通过不同约束条件构建黏弹-黏塑性蠕变和应力松弛本构方程。*后通过模型相似材料单轴蠕变试验和应力松弛试验对模型进行了验证。苏承东等[14]利用RMT-150B岩石试验机对煤岩进行单轴压缩分级松弛试验，对比分析了常规单轴压缩与单轴分级松弛条件下煤岩的变形、强度和破坏的时效特征。刘志勇等[15]分别对平行和垂直片理组的石英云母片岩进行了720h的单轴压缩应力松弛试验，分析了片岩的各向异性松弛特性，基于岩石松弛损伤演化规律，建立了Bingham流变损伤模型，该模型可以较好地描述岩石的应力松弛行为。
1.2 多轴压缩应力松弛特性研究现状
李晓等[16]对砂岩开展了峰后三轴压缩应力松弛试验，分析了峰后破裂岩石的应力松弛特性，得出了岩石应力松弛量与应力-应变曲线之间的关系。李铀等[17]对红砂岩分别开展了双轴、三轴压缩应力松弛试验，分析了二向以及三向应力状态下岩石的应力松弛行为，得出了多轴应力下红砂岩的松弛规律。基于试验结果，采用改进的Maxwell模型较好地描述了岩石的应力松弛特性。熊良宵等[18]在不同应力下对锦屏二级水电站绿片岩进行了双轴压缩应力松弛试验，分析了岩石轴向应力松弛和侧向应力松弛的特征，并采用经验方程拟合了试验数据。Schulze[19]对预变形的Opalinus四种黏土岩进行三轴压缩应力松弛试验，分析了黏土岩的应力松弛行为。田洪铭等[20]在30MPa围压下对泥质红砂岩进行应力松弛试验，结果表明岩石松弛具有明显的非线性特征，基于对损伤耗散能规律的分析，建立了岩石的非线性松弛损伤模型。田洪铭等[21]开展了围压为15～35MPa下泥质粉砂岩的三轴应力松弛试验，研究了围压对岩石应力松弛特性的影响作用，建立了西原模型描述泥质粉砂岩的三轴应力松弛特性，并验证了模型的正确性。
1.3 剪切应力松弛特性研究现状
周文锋和沈明荣[22]采用水泥砂浆材料模拟规则齿形岩石结构面，进行了不同法向应力下结构面的应力松弛试验，分析了结构面应力松弛规律，并采用Burgers模型描述了结构面的应力松弛行为。田光辉等[23]采用水泥砂浆制作成三种不同角度结构面试件进行剪切松弛室内试验，分析爬坡角正应力对剪切松弛特性的影响，利用Burgers模型的松弛方程对试验曲线进行拟合，验证了模型的正确性。刘昂等[24]采用水泥砂浆材料，依据Barton标准剖面线制作了3种岩石结构面，并对其进行循环加载剪切应力松弛试验，分析了结构面的应力松弛规律，并提出了结构面长期强度的确定方法。田光辉等[25]采用水泥砂浆浇筑成不同角度的结构面试样，利用岩石双轴流变试验机对规则齿形结构面进行不同剪切应力水平下的应力松弛试验，依据松弛曲线特征，考虑模型参数的时间相关性，将黏滞系数看作是与时间有关的非定常参数，建立非线性Maxwell应力松弛方程，提出了应力松弛试验确定长期强度的方法。
1.4 应力松弛数值模拟研究现状
金爱兵等[26]在Microsoft Visual Studio平台上开发出广义Kelvin模型的动态链接库(DLL)文件，在二维颗粒流程序(PFC2D)中对DLL文件进行加载调用，实现对广义Kelvin模型的开发，对含不同数量Kelvin体的广义Kelvin模型进行应力松弛模拟试验，得到接触力随时间的变化关系并与理论解对比，验证了开发模型的准确性。夏明锬等[27]基于Drucker-Prager屈服准则导出了Cosserat连续体黏塑性模型的一致性算法，获得了过应力本构方程积分算法与一致切向模量的封闭形式，并在ABAQUS二次平台上采用用户自定义单元(UEL)予以程序实现。有限元数值算例模拟了堆石料试样在常规三轴条件下的应力松弛，数值预测结果与相应试验结果具有较好的一致性，验证了该流变模型的适应性。杨振伟等[28]研究了颗粒间力与位移关系的数值积分方案，总结出颗粒流程序中接触本构模型开发方法，并基于二维颗粒流程序(PFC2D)开发出具有黏弹塑性特征的西原体接触本构模型。通过两个互相接触的固定球体之间的应力松弛试验，分3种情况验证了模型编制的准确性。张海龙等[29]基于非线性Maxwell模型的可变模量本构方程对70%和90%应力水平下河津凝灰岩的广义应力松弛试验进行了数值模拟，结果表明数值计算和试验结果一致性较好，较好地解释了河津凝灰岩广义应力松弛特性。
第2章 岩石常规物理力学性质研究
岩石流变力学特性的研究对于岩石工程的长期稳定与安全具有极其重要的理论与实践意义。为合理确定分级加载条件下岩石应力松弛试验应施加的应变级数，全面揭示长期荷载作用下岩石的流变力学特性，在研究岩石应力松弛特性之前，有必要对单轴以及不同围压作用下岩石的常规力学性质进行试验研究，以使岩石应力松弛试验能够得以顺利进行。
因此，本章首先对粉砂质泥岩的基本物理性质进行室内试验测定。然后，采用TAWA-2000微机控制岩石伺服三轴压力试验机对T2b2粉砂质泥岩进行了常规三轴压缩试验，获取了不同围压下岩石的应力-应变全过程曲线。分析了岩石屈服强度、峰值强度以及残余强度与围压之间的关系，得出了岩石峰值抗剪强度参数以及残余抗剪强度参数。试验成果为岩石应力松弛试验中应变加载级数提供了依据。
2.1 试样采集与制备
试验所用岩石试样采自三峡库区巫山县龙井乡，如图2.1所示，为三叠系中统巴东组第二段弱、微风化的粉砂质泥岩层。该地层在三峡库区的巴东、巫山、奉节等地大面积分布，是三峡库区的“易滑地层”之一[1~11]。
图2.1 岩石取样位置