·836· 工程科学学报，第37卷，第7期 调试得出，见表1：其余非定常参数由室内试验数据反 演得到，见表2. 表2非定常西原体参数取值 Table 2 Parameters of the non-stationary Nishihara model a b C to 9 m 0.017 8.7×10-10 -0.099 98.3 103.7 3.507 1.36 53.75 12.35 213.4 采用非定常西原体模型与试验结果进行拟合，效 为集中；到280h,基本出现与水平方向呈60°左右的 果见图7.由图7可知，非定常西原体模型不仅能有效 “X型”剪切破坏 地模拟岩石蠕变的衰减阶段和稳定阶段，而且对加速 蠕变阶段也能有很好的体现，模拟结果与试验数据误 差较小. 1.0r 非定常拟合 0.9F ★实验数据 0.8 07 0.6 100h 150h 0.5 55 MPa 0.4 0.3 02 0.1 50 100150200250300350 时间h 图7非定常西原体模型拟合曲线 200h 250h 280h Fig.7 Fitting curves by the non-stationary Nishihara model 图9镯变试验中微裂隙发展过程 Fig.9 Development of micro-fractures in creep test (6)不同应力水平验证.在55MPa试验研究基础 上，进行45MPa和65MPa应力水平下蠕变试验验证， 4 结论 所得结果与室内试验结果基本一致，见图8 1.0 定常流变模型只能描述岩石蠕变曲线的前两个阶 0.9 段，对于加速蠕变阶段则无法体现.本文提出非定常 0.8 65 MPa 西原体模型，并在离散单元法计算程序P℉℃中实现模 07 型开发和非定常计算，可用于岩石蠕变全过程的模拟. 0.6 主要研究结论如下， 0.5 55MP: (1)基于颗粒流程序的线性本构模型，通过FISH 0.4 兴4★★★★★★★4平￥￥米 02444*+45MP 语言编程，可实现流变参数的实时更新，从而实现定常 0.3 一非定常拟合 模型的非定常计算. ★实验数据 (2)非定常弹性体的取值随时间呈指数型增长， 01 0 50100150200250300350 可用于反映衰减蠕变阶段瞬时变形模量增加的“硬 时间h 化”过程.非定常黏性体的取值随时间和应力呈幂律 图8不同应力水平下非定常模型拟合曲线 Fig.8 Fitting curves by the non-stationary model under different 型减小，可用于描述加速蠕变阶段蠕变速率增加的 stress levels “软化”过程. (3)分别采用定常与非定常西原体模型对室内试 (7)微裂隙监测与分析.在蠕变试验过程中，通 验数据进行拟合对比分析.结果显示：定常模型仅适 过调用Crk init函数实现对试样微裂隙数量和位置的 用于衰减和稳定蠕变阶段：而非定常模型还可用于描 监测，不同时刻微裂隙的发展见图9.由图9可知：在 述加速蠕变阶段，实现对蠕变全过程的准确模拟. 蠕变试验前期(100h以内)，颗粒间的黏结破坏数量较 (4)通过对蠕变过程中微裂隙的监测，可知蠕变 少，裂纹发展速度缓慢，分布范围广泛，无明显规律：但 过程中加速蠕变阶段主要是由裂隙的加速发展产生， 是随着加载时间的增加，微裂隙加速发展，局部裂隙较 加速蠕变将导致试样被剪切破坏.工程科学学报，第 37 卷，第 7 期 调试得出，见表 1; 其余非定常参数由室内试验数据反 演得到，见表 2． 表 2 非定常西原体参数取值 Table 2 Parameters of the non-stationary Nishihara model a b c t0 p q n σ1 m t1 0. 017 8. 7 × 10 － 10 － 0. 099 98. 3 103. 7 3. 507 1. 36 53. 75 12. 35 213. 4 采用非定常西原体模型与试验结果进行拟合，效 果见图 7． 由图 7 可知，非定常西原体模型不仅能有效 地模拟岩石蠕变的衰减阶段和稳定阶段，而且对加速 蠕变阶段也能有很好的体现，模拟结果与试验数据误 差较小． 图 7 非定常西原体模型拟合曲线 Fig． 7 Fitting curves by the non-stationary Nishihara model ( 6) 不同应力水平验证． 在 55 MPa 试验研究基础 上，进行 45 MPa 和 65 MPa 应力水平下蠕变试验验证， 所得结果与室内试验结果基本一致，见图 8． 图 8 不同应力水平下非定常模型拟合曲线 Fig． 8 Fitting curves by the non-stationary model under different stress levels ( 7) 微裂隙监测与分析． 在蠕变试验过程中，通 过调用 Crk_init 函数实现对试样微裂隙数量和位置的 监测，不同时刻微裂隙的发展见图 9． 由图 9 可知: 在 蠕变试验前期( 100 h 以内) ，颗粒间的黏结破坏数量较 少，裂纹发展速度缓慢，分布范围广泛，无明显规律; 但 是随着加载时间的增加，微裂隙加速发展，局部裂隙较 为集中; 到 280 h，基本出现与水平方向呈 60°左右的 “X 型”剪切破坏． 图 9 蠕变试验中微裂隙发展过程 Fig． 9 Development of micro-fractures in creep test 4 结论 定常流变模型只能描述岩石蠕变曲线的前两个阶 段，对于加速蠕变阶段则无法体现． 本文提出非定常 西原体模型，并在离散单元法计算程序 PFC 中实现模 型开发和非定常计算，可用于岩石蠕变全过程的模拟． 主要研究结论如下． ( 1) 基于颗粒流程序的线性本构模型，通过 FISH 语言编程，可实现流变参数的实时更新，从而实现定常 模型的非定常计算． ( 2) 非定常弹性体的取值随时间呈指数型增长， 可用于反映衰减蠕变阶段瞬时变形模量增加的“硬 化”过程． 非定常黏性体的取值随时间和应力呈幂律 型减小，可用于描述加速蠕变阶段蠕变速率增加的 “软化”过程． ( 3) 分别采用定常与非定常西原体模型对室内试 验数据进行拟合对比分析． 结果显示: 定常模型仅适 用于衰减和稳定蠕变阶段; 而非定常模型还可用于描 述加速蠕变阶段，实现对蠕变全过程的准确模拟． ( 4) 通过对蠕变过程中微裂隙的监测，可知蠕变 过程中加速蠕变阶段主要是由裂隙的加速发展产生， 加速蠕变将导致试样被剪切破坏． · 638 ·