含水条件下泥质粉砂岩蠕变特性及模型研究

郝艳凯; 杜鹏飞; 杨晋文; 程钰翔; 张延军

世界地质 ›› 2025, Vol. 44 ›› Issue (2) : 342 -350.

含水条件下泥质粉砂岩蠕变特性及模型研究

郝艳凯, 杜鹏飞, 杨晋文, 程钰翔, 张延军

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摘要

在大中型水电工程建设中，软岩作为复杂的岩石力学介质，其塑性变形特性给水电工程带来岩石力学问题，其遇水蠕变特性对岩体稳定性影响较大。为探讨含水条件下软岩蠕变的规律，笔者以毫州某发电站区域内的不同含水状态的泥质粉砂岩为研究对象，开展了干燥、天然和饱和3种不同含水状态下的三轴压缩蠕变试验，分析含水率对泥质粉砂岩蠕变速率与蠕变阶段的影响。根据岩石稳态蠕变与加速蠕变试验曲线的特征，在现有的西原蠕变模型基础上，建立了一种考虑含水率影响的泥质粉砂岩的改进蠕变本构模型。研究结果显示：水的存在影响泥质粉砂岩的蠕变变形，随着含水率的提升，岩石的瞬时应变和蠕变应变均呈现出持续增加的趋势，相同应力水平下，含水率越高，泥质粉砂岩的长期强度越低，进入稳态蠕变阶段需要的时间越长，蠕变变形量越大；当轴向应力未达到粉砂岩的长期强度时，泥质粉砂岩先产生瞬时应变且最终处于稳态蠕变阶段，当轴向应力超过粉砂岩的长期强度时，则会出现加速蠕变阶段；通过引入非线性黏塑性元件，将传统的西原体蠕变模型与之串联，构建的非线性黏弹塑性优化蠕变模型能够更准确地描述软岩的加速蠕变阶段，并具有更好的适用性。