鹽巖蠕變特性及其非線性本構(gòu)模型

王軍保,劉新榮,郭建強(qiáng),黃 明

(1.西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院,陜西西安 710055;2.重慶大學(xué)土木工程學(xué)院,重慶 400045;3.福州大學(xué)土木工程學(xué)院,福建福州350108)

鹽巖蠕變特性及其非線性本構(gòu)模型

王軍保1,2,劉新榮1,2,郭建強(qiáng)2,黃 明3

(1.西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院,陜西西安 710055;2.重慶大學(xué)土木工程學(xué)院,重慶 400045;3.福州大學(xué)土木工程學(xué)院,福建福州350108)

為了研究鹽巖的蠕變特性,利用RLW－2000巖石流變?cè)囼?yàn)機(jī)對(duì)鹽巖試件進(jìn)行了三軸壓縮分級(jí)加載蠕變?cè)囼?yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:在圍壓一定的情況下,隨著軸向應(yīng)力增大,鹽巖瞬時(shí)應(yīng)變、蠕變應(yīng)變以及蠕變速率等均隨之增大,同時(shí)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)蠕變階段所需要的時(shí)間逐漸延長;等時(shí)應(yīng)力－應(yīng)變曲線顯示,鹽巖蠕變具有非線性特征,且其非線性程度與蠕變時(shí)間和應(yīng)力水平有關(guān),蠕變時(shí)間越長、應(yīng)力水平越高,非線性程度越高?；诜蔷€性流變力學(xué)理論,提出了一種非線性黏滯體,其黏滯系數(shù)是所加應(yīng)力水平和蠕變時(shí)間的函數(shù),將非線性黏滯體替換常規(guī)Burgers模型中的線性黏滯體,建立了可描述鹽巖非線性蠕變特性的MBurgers模型,并根據(jù)鹽巖蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果,采用曲線擬合法對(duì)MBurgers模型的參數(shù)進(jìn)行了反演識(shí)別。擬合曲線和試驗(yàn)曲線對(duì)比顯示,兩者吻合良好,誤差較小,說明該模型可以描述鹽巖的蠕變特性。

鹽巖;蠕變特性;非線性模型;參數(shù)識(shí)別

Key words:salt rock;creep properties;nonlinear model;parameters identification

蠕變特性作為鹽巖典型的力學(xué)性質(zhì)之一,是影響鹽巖地下儲(chǔ)存庫長期穩(wěn)定性、安全性以及可用性的關(guān)鍵因素。由于鹽巖在能源地下儲(chǔ)存方面的重要地位,近年來國內(nèi)外學(xué)者對(duì)鹽巖蠕變特性及其本構(gòu)模型進(jìn)行了較多研究。Asanov[1]研究了鹽巖的剪切蠕變特性。李萍等[2]對(duì)不同礦物成分的鹽巖進(jìn)行了蠕變?cè)囼?yàn),分析了礦物成分和應(yīng)力水平等對(duì)鹽巖蠕變性的影響。陳鋒等[3]研究了云應(yīng)鹽礦兩種鹽巖的蠕變特性,并提出了鹽巖穩(wěn)態(tài)蠕變本構(gòu)關(guān)系。Chan[4]等提出了鹽巖蠕變、損傷斷裂多機(jī)制藕合本構(gòu)模型(MDCF模型)。Wang、馬林建等[5－6]在Carter蠕變模型基礎(chǔ)上建立了鹽巖蠕變損傷模型。杜超等[7]指出鹽巖的蠕變變形是應(yīng)變硬化和回復(fù)效應(yīng)等內(nèi)部變形機(jī)制共同作用的結(jié)果,并選用內(nèi)應(yīng)力作為內(nèi)變量建立了鹽巖蠕變模型。此外,許多學(xué)者采用黏彈塑性元件組合模型理論來描述鹽巖的蠕變響應(yīng)。唐明明等[8]用Burgers模型反映鹽巖在穩(wěn)態(tài)蠕變階段的變形特性。郤保平等[9]采用由5元件廣義開爾文模型和賓漢姆模型串聯(lián)組成的黏彈塑性蠕變模型來對(duì)鹽巖試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合。劉江等[10]依據(jù)鹽巖蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果,提出了由馬克斯威爾體和廖國華體串聯(lián)組成的黏彈塑性本構(gòu)模型。Zhou等[11]提出了基于分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)的巖鹽蠕變本構(gòu)模型。

從整個(gè)巖石力學(xué)流變領(lǐng)域來看,元件組合模型由于本構(gòu)方程形式簡單,參數(shù)物理意義明確,且能夠把巖石復(fù)雜的力學(xué)性質(zhì)直觀的表現(xiàn)出來,因而近年來得到了廣泛應(yīng)用。但傳統(tǒng)的元件組合模型是一種線性模型,無法描述巖石蠕變的非線性特征,而對(duì)于大多數(shù)巖石來說,其蠕變過程具有非線性特征,這一點(diǎn)已被眾多文獻(xiàn)所證實(shí)。為了改進(jìn)傳統(tǒng)元件組合模型無法反映巖石非線性蠕變特征的不足,一種有效的方法就是采用非線性流變?cè)娉Ｒ?guī)線性流變?cè)?并據(jù)此建立能夠反映巖石非線性特征的蠕變模型[12－16]。目前,在這方面關(guān)于鹽巖的研究成果還不多見。

本文擬在對(duì)鹽巖蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合非線性元件組合模型理論建立鹽巖非線性蠕變模型,以期為鹽巖地下儲(chǔ)存庫的長期穩(wěn)定性分析和安全性評(píng)價(jià)等提供一定的借鑒和參考。

1 鹽巖三軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)所用鹽巖試樣取自江蘇淮安某鹽礦,主要成分為NaCl,質(zhì)地較純,呈白色、灰白色,部分略帶灰黑色不溶物雜質(zhì),天然密度為2.15～2.22 g/cm3。按照巖石力學(xué)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求,將巖樣加工成直徑50 mm,高度100 mm的圓柱形標(biāo)準(zhǔn)試件。由于鹽巖具有遇水溶解的特點(diǎn),為了避免試件加工過程中水對(duì)鹽巖結(jié)構(gòu)的破壞和鹽巖溶解,采用手工打磨的方法進(jìn)行加工。

試驗(yàn)儀器采用長春朝陽儀器廠生產(chǎn)的RLW－2000巖石流變?cè)囼?yàn)機(jī)。該設(shè)備主要由機(jī)架、軸向穩(wěn)壓系統(tǒng)、側(cè)向穩(wěn)壓系統(tǒng)、數(shù)字控制系統(tǒng)及微機(jī)系統(tǒng)等5部分組成,采用先進(jìn)的伺服控制、滾珠絲杠和液壓等技術(shù)組合,達(dá)到了良好的穩(wěn)壓效果,可進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)、蠕變?cè)囼?yàn)、松弛試驗(yàn)、滲流試驗(yàn)以及循環(huán)荷載試驗(yàn)等。設(shè)備最大軸向荷載2 000 kN,有效測力范圍10～2 000 kN,測力分辨率20 N,測力誤差≤0.5%;最大圍壓60 MPa,圍壓測量誤差≤1%,分辨率0.001 MPa。

1.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

對(duì)2個(gè)鹽巖試件分別進(jìn)行了圍壓10 MPa和圍壓15 MPa下的分級(jí)加載蠕變?cè)囼?yàn),軸向分級(jí)加載應(yīng)力均為20,25和30 MPa。圖1給出了將這兩個(gè)巖樣分級(jí)加載蠕變曲線進(jìn)行處理后得到的分別加載蠕變曲線簇。

圖1 不同圍壓下鹽巖分別加載蠕變曲線簇Fig.1 Creep curves of salt rock under different confining pressure

由圖1可以看到:

(1)鹽巖在各級(jí)荷載作用下的應(yīng)變均由加載過程產(chǎn)生的瞬時(shí)應(yīng)變、衰減蠕變應(yīng)變以及蠕變速率較為穩(wěn)定的穩(wěn)態(tài)蠕變應(yīng)變3部分組成。由于試驗(yàn)所施加的最高應(yīng)力未達(dá)到使巖樣發(fā)生加速蠕變的臨界應(yīng)力,且受試驗(yàn)條件限制,加載時(shí)間不夠長,2個(gè)鹽巖試件均未出現(xiàn)加速蠕變階段。

(2)在圍壓一定的情況下,總體上瞬時(shí)應(yīng)變、蠕變應(yīng)變以及穩(wěn)態(tài)蠕變率均隨軸壓增加而增大。以圍壓15 MPa巖樣的試驗(yàn)結(jié)果為例,經(jīng)過約46 h的蠕變后,軸壓為20 MPa時(shí),瞬時(shí)應(yīng)變?yōu)?.812 3%,蠕變應(yīng)變?yōu)?.674 6%,穩(wěn)態(tài)蠕變率為4.3×10－5h－1;軸壓為25 MPa時(shí),瞬時(shí)應(yīng)變?cè)黾訛?.065 1%,蠕變應(yīng)變?cè)黾訛?.367 4%,穩(wěn)態(tài)蠕變率增加為9.6×10－5h－1;而當(dāng)軸壓為30 MPa時(shí),瞬時(shí)應(yīng)變達(dá)到1.314 4%,蠕變應(yīng)變達(dá)到2.786 9%,穩(wěn)態(tài)蠕變率則達(dá)到2.1× 10－4h－1。當(dāng)軸壓從20 MPa增加到25 MPa和30 MPa時(shí),瞬時(shí)應(yīng)變、蠕變應(yīng)變以及穩(wěn)態(tài)蠕變率分別增加為原來的1.31,2.03,2.23倍和1.62,4.13,4.88倍?？梢?在圍壓一定的情況下,由于軸壓增加,偏應(yīng)力增大,導(dǎo)致鹽巖瞬時(shí)應(yīng)變、蠕變應(yīng)變和蠕變速率均有不同程度的增大。

(3)在圍壓一定的情況下,軸壓越大,衰減蠕變階段曲線的曲率半徑越大,經(jīng)歷的時(shí)間越長,達(dá)到穩(wěn)態(tài)蠕變的時(shí)間越晚。仍以圍壓15 MPa巖樣的試驗(yàn)結(jié)果為例,軸壓為20 MPa時(shí),加載約12 h蠕變達(dá)到近似穩(wěn)態(tài)蠕變階段;當(dāng)軸壓為25 MPa時(shí),加載約20 h蠕變達(dá)到近似穩(wěn)態(tài)蠕變階段;而當(dāng)軸壓為30 MPa時(shí),經(jīng)過約32 h蠕變才達(dá)到近似穩(wěn)態(tài)蠕變階段。

根據(jù)巖鹽蠕變?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)可作出其等時(shí)應(yīng)力－應(yīng)變曲線,圖2給出了圍壓15 MPa巖樣的等時(shí)應(yīng)力－應(yīng)變曲線。

圖2 圍壓15 MPa巖樣等時(shí)應(yīng)力－應(yīng)變曲線Fig.2 Isochronous stress-strain curves of salt rock with confining pressure 15 MPa

由圖2可見,不同時(shí)刻的等時(shí)應(yīng)力－應(yīng)變曲線形狀不同。當(dāng)時(shí)間為0時(shí),等時(shí)應(yīng)力－應(yīng)變曲線近似為直線,因此,可認(rèn)為鹽巖瞬時(shí)應(yīng)變以彈性變形為主;當(dāng)時(shí)間不為0時(shí),隨著蠕變時(shí)間延長,等時(shí)應(yīng)力－應(yīng)變曲線逐漸偏離直線向應(yīng)變軸彎曲,且蠕變時(shí)間越長等時(shí)曲線偏離直線的程度越高,向應(yīng)變軸彎曲越明顯。同時(shí),對(duì)于某一時(shí)刻來說,等時(shí)應(yīng)力－應(yīng)變曲線向應(yīng)變軸彎曲的程度還與應(yīng)力水平有關(guān),應(yīng)力水平越高,曲線向應(yīng)變軸彎曲越明顯。由此可以看出,鹽巖具有非線性蠕變特征,且其非線性程度與蠕變時(shí)間和應(yīng)力水平有關(guān),蠕變時(shí)間越長、應(yīng)力水平越高,非線性程度越高。

2 鹽巖非線性蠕變模型

2.1 非線性黏滯體的引入

在傳統(tǒng)的元件組合模型中,通常認(rèn)為巖石材料的蠕變參數(shù)是固定不變的常數(shù),因而無法反映其非線性蠕變特征[13]。根據(jù)前面對(duì)鹽巖蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果的分析可知,鹽巖具有非線性蠕變特征,且其非線性程度與蠕變時(shí)間和應(yīng)力水平有關(guān)。因此,為了更好地描述鹽巖的非線性蠕變特征,本文引入了一個(gè)非線性黏滯體,其黏滯系數(shù)是所加應(yīng)力水平和蠕變時(shí)間的函數(shù)。

對(duì)于巖石蠕變的前兩個(gè)階段,即衰減蠕變和穩(wěn)態(tài)蠕變階段,研究表明[17]巖石黏滯系數(shù)將隨時(shí)間增加而發(fā)生硬化增大。因此,本文假定該非線性黏滯體黏滯系數(shù)隨時(shí)間的變化過程符合下式

由式(1)可知,當(dāng)t=0時(shí),η(0)=0;當(dāng)t→∞時(shí), η(t)→η0。這說明當(dāng)t從0→∞時(shí),η(t)從0單調(diào)遞增至η0。黏滯系數(shù)增大會(huì)導(dǎo)致巖石蠕變速率逐漸減小,這與文獻(xiàn)[17]等描述的巖石黏滯系數(shù)變化規(guī)律較為符合。理論上只有當(dāng)t→∞時(shí),η(t)才會(huì)達(dá)到η0;而實(shí)際上由于參數(shù)m為一有限值,當(dāng)時(shí)間增加到一定程度以后,m/(2 t)已經(jīng)趨近于0,此時(shí)η(t)也已接近其最大值η0。另外,當(dāng)t=0時(shí),η(0)=0,這會(huì)導(dǎo)致荷載施加瞬間,巖石蠕變速率為無窮大。實(shí)際上,在加載過程中,巖石黏滯系數(shù)的硬化增大過程已經(jīng)發(fā)生,因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可將起始蠕變時(shí)間取一個(gè)接近于0的極小值。

式(1)反映了蠕變時(shí)間對(duì)非線性黏滯體黏滯系數(shù)的影響,在式(1)基礎(chǔ)上引入表征應(yīng)力水平對(duì)黏滯系數(shù)影響的函數(shù)[15]

式中,σ為應(yīng)力;n為材料參數(shù)。

由式(3)可知,對(duì)于某一不為0的時(shí)刻來說,此時(shí)時(shí)間t為定值,隨著應(yīng)力σ增大,η(σ,t)逐漸減小,從而導(dǎo)致蠕變變形逐漸增大。反映到等時(shí)應(yīng)力－應(yīng)變曲線上就是,在某一不為0的時(shí)刻,應(yīng)力水平越高,等時(shí)曲線的非線性程度越高,向應(yīng)變軸彎曲越明顯,這與實(shí)際情況較為符合。

同時(shí)由式(3)可以看出,η(σ,t)的變化過程是應(yīng)力σ和時(shí)間t綜合作用的結(jié)果。將η(σ,t)代替?zhèn)鹘y(tǒng)黏滯體元件本構(gòu)方程中的黏滯系數(shù)η,可得本文非線性黏滯體的本構(gòu)方程為

2.2 非線性蠕變模型的建立

由鹽巖蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果可知,鹽巖蠕變曲線與Burgers模型蠕變曲線較為相似,但常規(guī)Burgers模型無法反映鹽巖蠕變的非線性特征。為了更好地描述鹽巖非線性蠕變特征,本文將上面得到的非線性黏滯體代替常規(guī)Burgers模型的線性黏滯體,從而構(gòu)成了改進(jìn)的非線性Burgers模型,本文將其命名為MBurgers模型,模型如圖3所示。

圖3 MBurgers模型示意Fig.3 Schematic view of MBurgers model

由圖3可見,MBurgers模型由彈性體(H)、非線性黏滯體(NN)和非線性Kelvin體(NN/H)串聯(lián)組成,分別描述鹽巖加載的瞬時(shí)變形、黏性變形和黏彈性變形。由于模型中3部分串聯(lián),則有

式中,σ和ε分別為模型總應(yīng)力和總應(yīng)變;σe,εe,σv, εv,σve,εve分別為H體、NN體和NN/H體對(duì)應(yīng)的應(yīng)力和應(yīng)變。

在t=0時(shí)刻,對(duì)模型施加恒定應(yīng)力σ0,則有:

(1)對(duì)于H體,其本構(gòu)關(guān)系為

式中,E1為H體彈性模量。

(2)對(duì)于NN體,結(jié)合式(4),可得其本構(gòu)方程為

將式(8)對(duì)時(shí)間積分,并考慮初始條件:t=0,εv= 0,則有

式(7)變形可得

式(9)即為NN體的蠕變方程。

(3)對(duì)于NN/H體,結(jié)合常規(guī)Kelvin體本構(gòu)方程和式(3),可得其本構(gòu)方程為

式中,E2為NN/H體黏彈性模量。

將式(10)變形可得

對(duì)式(11)解微分方程,并考慮初始條件:t=0, εve=0,可得NN/H體的蠕變方程為

根據(jù)式(5),(6),(9),(12)可得MBurgers模型在一維應(yīng)力狀態(tài)下的蠕變方程為

三維應(yīng)力狀態(tài)下,鹽巖內(nèi)部應(yīng)力張量σij可分解為球應(yīng)力張量σm和偏應(yīng)力張量Sij,應(yīng)變張量εij可分解為球應(yīng)變張量εm和偏應(yīng)變張量eij,并且在彈性狀態(tài)下滿足

式中,K為體積模量;G為剪切模量;E為彈性模量;ν為泊松比。

為了得到三維形式的蠕變方程,假設(shè)[15]:①鹽巖蠕變變形僅由應(yīng)力偏量引起;②鹽巖材料各向同性,且其在拉壓應(yīng)力狀態(tài)下的變形曲線與蠕變曲線相似;③蠕變過程中,鹽巖泊松比保持不變。

根據(jù)以上假設(shè),三維應(yīng)力狀態(tài)下,考慮σ2= σ3,MBurgers模型軸向蠕變方程可表示為

由式(13)和式(15)可以看到,當(dāng)m=n=0時(shí),MBurgers模型退化為常規(guī)Burgers模型;當(dāng)m=0, n≠0時(shí),MBurgers模型可反映應(yīng)力水平對(duì)鹽巖非線性蠕變特性的影響;當(dāng)m≠0,n=0時(shí),MBurgers模型可反映蠕變時(shí)間對(duì)鹽巖非線性蠕變特性的影響;當(dāng)m≠0,n≠0時(shí),模型可綜合反映應(yīng)力水平和蠕變時(shí)間的影響。

2.3 非線性模型參數(shù)敏感性分析

(1)參數(shù)m,n的影響。

圖4(a)為應(yīng)力和其余參數(shù)均相同,參數(shù)m取不同值時(shí),利用式(13)計(jì)算得到的MBurgers模型蠕變曲線;圖4(b)為應(yīng)力和其余參數(shù)均相同,參數(shù)n取不同值時(shí)的蠕變曲線。

由圖4可以看到:①m越大,相同時(shí)刻蠕變變形量和蠕變速率越大,同時(shí),衰減蠕變階段蠕變曲線曲率半徑越大,持續(xù)時(shí)間越長,進(jìn)入穩(wěn)態(tài)蠕變?cè)酵?且相同時(shí)刻的蠕變變形量隨m增大而近似呈線性規(guī)律增大;②隨著n增大,相同時(shí)刻蠕變變形量、蠕變速率及衰減蠕變階段蠕變曲線曲率半徑等也逐漸增大,且蠕變變形量和蠕變速率隨n值增大而呈非線性加速增大,這說明MBurgers模型對(duì)參數(shù)n的敏感性要遠(yuǎn)高于m。

(2)應(yīng)力水平的影響。

圖5為其余模型參數(shù)均相同時(shí),不同應(yīng)力水平下MBurgers模型的蠕變曲線。其中圖5(a)為不考慮應(yīng)力水平對(duì)黏滯系數(shù)的影響即n=0時(shí)的蠕變曲線,圖5(b)為考慮應(yīng)力水平對(duì)黏滯系數(shù)的影響即n＞0時(shí)的蠕變曲線。

由圖5可以看出,當(dāng)n=0時(shí),雖然蠕變變形量和蠕變速率等均隨應(yīng)力水平提高而逐漸增大,但基本呈線性規(guī)律增大;而當(dāng)n＞0時(shí),蠕變量和蠕變速率隨應(yīng)力水平提高而呈非線性加速增大,這與圖1中試驗(yàn)曲線情況較為符合,這也說明了本文考慮應(yīng)力水平對(duì)黏滯系數(shù)影響的必要性和合理性。

3 鹽巖非線性蠕變模型參數(shù)識(shí)別

曲線擬合法是確定巖石流變模型參數(shù)應(yīng)用較為

圖4 不同參數(shù)取值下MBurgers模型蠕變曲線Fig.4 Creep curves of MBurgers model with different parameter values

廣泛的一種方法[13]。本文根據(jù)鹽巖三軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果,基于最小二乘法基本原理,利用1stOpt優(yōu)化軟件,采用曲線擬合法對(duì)MBurgers模型參數(shù)進(jìn)行反演識(shí)別。參數(shù)反演結(jié)果見表1,擬合曲線和試驗(yàn)曲線對(duì)比情況如圖6所示。

由表1可見,盡管這兩個(gè)鹽巖試件具有一定的離散性,導(dǎo)致擬合得到的參數(shù)如黏滯系數(shù)、黏彈性模量等具有一定的差別,但表征非線性影響的參數(shù)m和n的差別并不大。同時(shí),由圖6可以看出,MBurgers模型擬合曲線和試驗(yàn)曲線吻合良好,誤差較小,說明該模型可以很好地描述鹽巖的黏彈性蠕變特性,具有一定的適用性。

表1 MBurgers模型參數(shù)反演結(jié)果Table 1 Inversion results of MBurgers model

圖6 擬合曲線和試驗(yàn)曲線對(duì)比Fig.6 Comparison between fitting curves and test curves

4 結(jié) 論

(1)鹽巖蠕變?cè)囼?yàn)表明,在圍壓一定的情況下,隨著軸向應(yīng)力增大,鹽巖瞬時(shí)應(yīng)變、蠕變應(yīng)變以及蠕變速率等均隨之增大,進(jìn)入穩(wěn)態(tài)蠕變階段所需要的時(shí)間逐漸延長。

(2)等時(shí)應(yīng)力－應(yīng)變曲線表明,鹽巖蠕變具有非線性特征,且其非線性程度與蠕變時(shí)間和應(yīng)力水平有關(guān),蠕變時(shí)間越長、應(yīng)力水平越高,非線性程度越高。

(3)提出了一種非線性黏滯體,其黏滯系數(shù)是所加應(yīng)力水平和蠕變時(shí)間的函數(shù),將非線性黏滯體替換常規(guī)Burgers模型中的線性黏滯體,建立了可描述鹽巖非線性蠕變特性的MBurgers模型。

(4)根據(jù)鹽巖蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果,采用曲線擬合法對(duì)MBurgers模型的參數(shù)進(jìn)行了反演識(shí)別。擬合曲線和試驗(yàn)曲線對(duì)比顯示,兩者吻合良好,誤差較小,說明該模型可以很好的描述鹽巖的蠕變特性。

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Creep properties of salt rock and its nonlinear constitutive model

WANG Jun-bao1,2,LIU Xin-rong1,2,GUO Jian-qiang2,HUANG Ming3

(1.College of Civil Engineering,Xi’an University of Architecture and Technology,Xi’an 710055,China;2.College of Civil Engineering,Chongqing University,Chongqing 400045,China;3.College of Civil Engineering,Fuzhou University,Fuzhou 350108,China)

In order to study the creep property of salt rock,triaxial compression creep tests with step loading axial stress to salt rock specimens were carried out on the RLW－2000 rock rheology testing machine.The test results show that the instantaneous strain,creep strain and creep velocity of salt rock increase gradually with the increasing of axial stress,meanwhile,the duration of the primary creep stage gradually extend.And isochronous stress-strain curves of salt rock indicate that the creep process of salt rock has nonlinear characteristic,and the nonlinear degree is related to creep time and stress level.Based on nonlinear rheological theory,a new nonlinear viscosity component with a variable viscosity coefficient was proposed,and the viscosity coefficient of which was time and stress-dependent.Then,by using this proposed nonlinear component to replace the conventional viscous components in Burgers model,a nonlinear viscoelasticity creep model,which was named MBurgers model and can describe the nonlinear creep property of salt rock was established.According to triaxial compression creep test results of salt rock,the parameters of MBurgers model were inversed by using curve fitting method.And the theoretical curves accord well with the test curves,which indicates that the MBurgers model can describe the creep property of salt rock.

TD313;TU45

A

0253－9993(2014)03－0445－07

王軍保,劉新榮,郭建強(qiáng),等.鹽巖蠕變特性及其非線性本構(gòu)模型[J].煤炭學(xué)報(bào),2014,39(3):445－451.

10.13225/j.cnki.jccs.2013.0383

Wang Junbao,Liu Xinrong,Guo Jianqiang,et al.Creep properties of salt rock and its nonlinear constitutive model[J].Journal of China Coal Society,2014,39(3):445－451.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2013.0383

2013－03－27 責(zé)任編輯:許書閣

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973)資助項(xiàng)目(2009CB724606);國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41202195)

王軍保(1982—),男,河北石家莊人,講師,博士。Tel:029－65653814,E－mail:xajdwangjunbao@163.com