巖石流變性能

　　指巖石的蠕變、應力鬆弛、與時間有關的擴容，以及強度的時間效應等特性。通過研究巖石流變性能，可以分析巖石工程的長期穩定性和地學中的許多重要問題。

　　巖石的蠕變　巖石在恒溫和恒定應力作用下，變形隨時間而增大的現象。應力狀態不同，巖石的蠕變特性也不同。在偏應力作用下的蠕變特性，與偏應力σ_d和球應力σm的大小有關。圖1為6個相同的巖石樣品在溫度和球應力不變以及不同恒定偏應力(σ₁^′＜σ₂^′＜…＜σ₆)的條件下的典型蠕變曲線。曲線表示的蠕變可分為三種類型，即有限蠕變、對數蠕變和破壞蠕變。它們分別對應於三種不同應力范圍。

　　①有限蠕變　當施加的偏應力小於下屈服值f₁時，偏應變ε隨時間的變化是有限的，而且在加載過程中如果卸載，則偏應變可以逐漸恢復到零。這種蠕變稱為有限蠕變，如圖1中的σ₁^′曲線所示。

　　②對數蠕變　當施加的偏應力超過f₁而小於最高屈服值f₃時，則偏應變ε隨時間的對數(lgt)線性增加，這種蠕變稱為對數蠕變，如圖中的σ₂^′、σ₃^′和σ忨曲線所示。如在加載過程中卸載，則偏應變隨時間能部分地恢復，但不能全部恢復。卸載後，應變隨時間逐漸恢復的現象稱為回復或回彈。

　　③破壞蠕變　當施加的偏應力超過上屈服值f₃時，偏應變ε以減速率、恒定的速率增長直至出現加速蠕變而破壞，如圖中的σ

、 σ 曲線所示。

　　f₁是從有限蠕變過渡到對數蠕變的臨界應力值；f₃是從對數蠕變過渡到破壞蠕變的又一個臨界應力值。當偏應力小於f₃時，巖石是處於穩定狀態的蠕變；而當偏應力超過f₃時，巖石是處於非穩定狀態的蠕變。因此，為瞭確保巖石工程的長期穩定性，若在局部區域的偏應力超過f₃，則應采取加固措施。

　　若增大球應力，則蠕變速度將減慢，且f₁和f₃值均可提高，這對增強工程穩定性是有利的。

　　巖石的應力松弛　在恒溫和恒定應變作用下，巖石所承受的應力隨時間而減小至某個有限值的現象（見流變學）。

　　巖石擴容　當施加於巖石上的偏應力超過巖石破壞強度σf的一半左右時，巖石的體積會隨偏應力的增大而增加，這一現象叫作巖石擴容。擴容與時間有關，加載時間越長，擴容越大。這一現象叫作與時間有關的擴容。試驗證明：①擴容隨球應力的增加而減小，但球應力值達到一定數值後，則不產生擴容。②擴容的起始應力值隨球應力的增加而增加（圖2）。

　　擴容e_d可用下式計算：

，

式中

為實測的巖石體積應變； e _e為線彈性體積應變，即 ， E為彈性模量， ν為泊松比， σ ₁、 σ ₂、 σ ₃分別為主應力。

　　巖石強度的時間效應　在恒定溫度下，巖石強度隨加載時間的增加而降低的現象。通過實驗，可以推求工程建築物經歷長時間的巖石強度。

　　研究巖石的流變性能，可以建立巖石的應力-應變-時間關系，即本構關系，計算巖石的應力、應變隨時間的變化；而巖石的擴容是巖石破壞的前兆，因而這一現象在工程上可用來預測巖石的破壞。

　　

參考書目

　Tan Tjong-Kie and Kang Wen-Fa，Time Dependent Dilatancy Prior to Rockfailure and Earthquakes，Proc.of5th Int.Congr.ISRM，Australia，1983.