21岩石流变理论.ppt

,岩石力学与工程,ROCKMECHANICSANDENGINEERING,,岩石流变理论,RHEOLOGICALTHEORYOFROCK,2,2.1流变理论－主要内容,1流变的概念2蠕变的类型和特点3描述流变性质的三个基本元件4组合模型及其性质,3,2.1.1流变的概念,三个概念弹性变形塑性变形粘性流动,4,2.1.1流变的概念,三个概念弹性变形塑性变形粘性流动,与时间无关，只从变形能否恢复的角度,,5,2.1.1流变的概念,三个概念弹性变形塑性变形粘性流动,与变形速率有关，与时间有关,6,2.1.1流变的概念,三个概念弹性变形塑性变形粘性流动流变现象材料应力-应变关系与时间因素有关的性质，称为流变性。材料变形过程中具有时间效应的现象，称为流变现象。,7,2.1.1流变的概念,三个概念弹性变形塑性变形粘性流动流变现象材料应力-应变关系与时间因素有关的性质，称为流变性。材料变形过程中具有时间效应的现象，称为流变现象。流变的种类蠕变松弛弹性后效,8,2.1.1流变的概念,三个概念弹性变形塑性变形粘性流动流变现象材料应力-应变关系与时间因素有关的性质，称为流变性。材料变形过程中具有时间效应的现象，称为流变现象。流变的种类蠕变松弛弹性后效,应力不变，应变随时间增加而增长,9,2.1.1流变的概念,1940.05,1939.01,10,阿尔卑斯山谷反倾岩层中蠕动,11,湖南五强溪板溪群轻度变质砂岩、石英岩、板岩中的蠕动，深达40～50m,12,2.1.1流变的概念,三个概念弹性变形塑性变形粘性流动流变现象材料应力-应变关系与时间因素有关的性质，称为流变性。材料变形过程中具有时间效应的现象，称为流变现象。流变的种类蠕变松弛弹性后效,应变不变，应力随时间增加而减小,13,2.1.1流变的概念,三个概念弹性变形塑性变形粘性流动流变现象材料应力-应变关系与时间因素有关的性质，称为流变性。材料变形过程中具有时间效应的现象，称为流变现象。流变的种类蠕变松弛弹性后效,加载或卸载时，弹性应变滞后于应力的现象,14,2.1.2蠕变的类型和特点,a.稳定蠕变低应力状态下发生的蠕变，图中sCb.不稳定蠕变较高应力状态下发生的蠕变，图中sA、sB,（1）蠕变的两种类型,15,2.1.2蠕变的类型和特点,第一阶段a-b，减速蠕变阶段应变速率随时间增加而减小。第二阶段b-c，等速蠕变阶段应变速率保持不变。第三阶段c-d加速蠕变阶段应变速率随时间增加而增加。,（2）典型蠕变三个阶段,16,2.1.3描述流变性质的三个基本元件,1弹性元件力学模型材料性质物体在荷载作用下，其变形完全符合虎克Hooke定律。称其为虎克体，是理想的线性弹性体。本构方程ske应力应变曲线（见右图）模型符号H虎克体的性能a.瞬变性b.无弹性后效c.无应力松弛d.无蠕变流动,17,2.1.3描述流变性质的三个基本元件,2塑性元件材料性质物体受应力达到屈服极限s0时便开始产生塑性变形，即使应力不再增加，变形仍不断增长，其变形符合库仑摩擦定律，称其为库仑Coulomb体。是理想的塑性体。力学模型本构方程ε0，（当ss0时）ε→∞，（当ss0时）,,18,2.1.3描述流变性质的三个基本元件,2塑性元件应力－应变曲线模型符号C库仑体的性能当ss0时，ε0，低应力时无变形当ss0时，ε→∞，达到塑性极限时有蠕变,,19,2.1.3描述流变性质的三个基本元件,3粘性元件材料性质物体在外力作用下，应力与应变速率成正比，符合牛顿Newton流动定律。称其为牛顿流体，是理想的粘性体。力学模型本构方程应力－应变速率曲线（见右图）模型符号N,20,2.1.3描述流变性质的三个基本元件,3粘性元件牛顿体的性能a.有蠕变即有蠕变现象,应变-时间曲线,21,2.1.3描述流变性质的三个基本元件,3粘性元件牛顿体的性能b.无瞬变c.无松弛d.无弹性后效,22,2.1.3描述流变性质的三个基本元件,4注意点（小结）a.塑性流动与粘性流动的区别当ss0时，才发生塑性流动，当s0时，就可以发生粘性流动，不需要应力超过某一定值。b.实际岩石的流变性是复杂的，是三种基本元件的不同组合的性质，不是单一元件的性质。c.用粘弹性体研究应力小于屈服应力时的流变性；用粘弹塑性体研究应力大于屈服应力时的流变性。,23,2.1.4组合模型及其性质,1串联和并联的性质串连即两个或多个元件首尾依次相联的模型。并联即两个或多个元件首与首、尾与尾相联的模型。例如串连模型并联模型,24,2.1.4组合模型及其性质,1串联和并联的性质,25,2.1.4组合模型及其性质,（2）马克斯威尔Maxwell体,①本构方程由串联性质σσ1σ2,,,,,,,模型符号MH-N,26,（2）马克斯威尔Maxwell体,对H体,对N体,本构关系,27,（2）马克斯威尔Maxwell体,②蠕变方程,当t0时，突然施加,代入本购方程,得,,积分,初始条件t0,,28,（2）马克斯威尔Maxwell体,蠕变方程,蠕变曲线,等速蠕变，且不稳定,29,（2）马克斯威尔Maxwell体,③松弛方程,当t0时，保持应变不变,初始条件t0,σσ0σ0为瞬时应力，得,代入本构方程得到一个一阶可分离变量的微分方程,,积分,,代入上式整理得,则,30,（2）马克斯威尔Maxwell体,松弛曲线,,31,（2）马克斯威尔Maxwell体,④有瞬变性,⑤无弹性后效,⑥描述岩石的特点,具有瞬变性,有不稳定的蠕变,有松弛,有残余（永久）变形,32,（3）开尔文（kelvin）体,,,,,模型符号KH|N,2.1.4组合模型及其性质,33,（3）开尔文（kelvin）体,由并联性质,εε1ε2,①本构方程,对N体,对H体,本构方程,34,（3）开尔文（kelvin）体,②蠕变方程,得,当t0时，突然施加,一阶线性微分方程,,,初始条件当t0时,,代入本方程,35,（3）开尔文（kelvin）体,蠕变方程,蠕变曲线,36,（3）开尔文（kelvin）体,初始条件tt1，εε1,,,,,卸载方程,③有弹性后效卸载时，也是如此，下面研究卸载方程如果tt1时卸载，σ0代入本构方程,37,（3）开尔文（kelvin）体,卸载曲线,38,（3）开尔文（kelvin）体,④无松弛,代入本构方程得,表明无松弛现象,⑤无瞬变性（显然）,⑥描述岩石的特点,有稳定蠕变,有弹性后效,无松弛,无瞬变性,39,结束语,