富水軟巖流變擾動(dòng)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)及本構(gòu)模型研究

于永江， 劉 峰,2， 張 偉， 張國(guó)寧

(1.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 礦業(yè)學(xué)院，遼寧 阜新 123000; 2.中煤平朔集團(tuán)有限公司，山西 朔州 036006)

富水環(huán)境下深部礦井軟巖巷道呈現(xiàn)出明顯的流變特征，具有流變變形大，變形速率快，失穩(wěn)規(guī)律復(fù)雜的特征，尤其是受到斷層活化、采掘活動(dòng)、打眼放炮、地震等產(chǎn)生的動(dòng)力擾動(dòng)影響后，常常會(huì)引發(fā)礦井發(fā)生蠕變型沖擊地壓，對(duì)煤礦軟巖巷道支護(hù)設(shè)計(jì)提出更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此，準(zhǔn)確掌握富水軟巖在動(dòng)力擾動(dòng)下的蠕變特性及本構(gòu)模型是解決軟巖巷道支護(hù)問題的關(guān)鍵。目前，巖石的流變理論研究多集中于試驗(yàn)研究和本構(gòu)理論研究，而在流變本構(gòu)理論研究中大多數(shù)學(xué)者青睞于模型理論研究，原因在于模型理論中本構(gòu)關(guān)系形式簡(jiǎn)單、概念直觀、參數(shù)物理意義明確、可模擬多種力學(xué)效應(yīng)。巨能攀等[1]針對(duì)不同含水條件下紅層泥巖的蠕變特性，提出一個(gè)黏彈性模量，并引入了一個(gè)非線性黏塑性體，得到一個(gè)改進(jìn)的伯格斯模型；李鵬等[2]通過對(duì)不同含水率條件下的砂巖軟弱結(jié)構(gòu)面進(jìn)行剪切蠕變?cè)囼?yàn)，考慮到加載歷史的影響，對(duì)蠕變曲線進(jìn)行了修正；于超云等[3]基于傳統(tǒng)的西原模型，引入兩個(gè)分別與含水率和時(shí)間有關(guān)的損傷變量，建立了考慮軟巖含水劣化效應(yīng)的本構(gòu)模型；王俊等[4]利用自主研制的蠕變?cè)囼?yàn)系統(tǒng)，對(duì)不同含水率和溫度下的深部軟巖進(jìn)行了分級(jí)加載實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)研究了水與溫度作用對(duì)軟巖蠕變力學(xué)特性的影響規(guī)律。楊彩紅等[5]從微元體的角度分析了水對(duì)軟巖蠕變性態(tài)的影響，建立了單相流體在蠕變變形多孔介質(zhì)中流動(dòng)時(shí)的固流耦合模型。李江騰等[6]用分級(jí)增量加載方式對(duì)飽水板巖試樣和干燥板巖試樣進(jìn)行蠕變?cè)囼?yàn)，分析了水對(duì)具有橫觀各向同性板巖蠕變特性影響規(guī)律。高延法等[7-9]提出了巖石流變擾動(dòng)擾動(dòng)效應(yīng)，研制出RRTS-II 型巖石流變擾動(dòng)效應(yīng)試驗(yàn)儀，提出巖石強(qiáng)度極限鄰域，得出巖石只有處于該鄰域內(nèi)，擾動(dòng)效應(yīng)才能起到顯著作用。王波等[10]在已有巖石流變擾動(dòng)效應(yīng)、強(qiáng)度極限鄰域等概念的前提下，依據(jù)實(shí)驗(yàn)得到不同流變階段累積擾動(dòng)變形量-累積擾動(dòng)能量曲線，通過擬合得到巖石流變擾動(dòng)本構(gòu)方程。崔希海等[11-12]對(duì)紅砂巖和軟弱泥巖進(jìn)行了巖石壓縮流變、巖石壓縮擾動(dòng)流變和巖石拉伸擾動(dòng)流變?cè)囼?yàn)研究，表明巖石每次擾動(dòng)均會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的突變變形，且與擾動(dòng)荷載大小、應(yīng)力水平和巖石的變形史有關(guān)。付志亮等[13]通過實(shí)驗(yàn)研究了巖石在循環(huán)沖擊擾動(dòng)荷載作用下的蠕變變化，進(jìn)而研究了巖石的重力沖擊擾動(dòng)損傷特性。黃明等[14]以擾動(dòng)狀態(tài)理論為基礎(chǔ)，確定了以塑性變形為變量的擾動(dòng)因子函數(shù)，并通過塑性變形隨時(shí)間的變化特征進(jìn)一步建立了以時(shí)間為自變量的蠕變擾動(dòng)因子演化方程，并建立基于擾動(dòng)狀態(tài)理論的蠕變本構(gòu)模型。李帥等[15]利用自制的巖石松弛-擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)不同含水率砂巖的松弛過程動(dòng)態(tài)擾動(dòng)的影響進(jìn)行研究。

綜上所述，前人的研究成果多集中于兩方面：一方面考慮含水率的蠕變特性及其本構(gòu)模型研究，另一方面考慮動(dòng)態(tài)擾動(dòng)的蠕變特性及其本構(gòu)模型研究。然而深部礦井巷道在緩慢蠕變過程中經(jīng)常同時(shí)受到水及動(dòng)力擾動(dòng)的影響，現(xiàn)有理論不能準(zhǔn)確描述軟巖在這兩種因素影響下蠕變特征。同時(shí)，關(guān)于含水軟巖在動(dòng)力擾動(dòng)下變形機(jī)制及本構(gòu)模型的研究鮮有報(bào)道。因此，采用自主研發(fā)的巖石流變擾動(dòng)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀，對(duì)不同含水率的軟巖進(jìn)行分級(jí)加載流變擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)，建立富水軟巖流變擾動(dòng)效應(yīng)的本構(gòu)模型，為正確描述富水軟巖在動(dòng)力擾動(dòng)下蠕變特征及破壞機(jī)理的研究提供參考。

1 巖石流變擾動(dòng)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)采用自主研制的巖石流變擾動(dòng)效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)，見圖1。該系統(tǒng)主要包括自主研發(fā)的流變支架儀、擾動(dòng)荷載加載裝置、軸壓荷載加載裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。

(1)軸壓加載裝置：通過在砝碼盤中放入不同重量的砝碼，來實(shí)現(xiàn)軸向荷載的分級(jí)加載。通過運(yùn)用杠桿原理，使軸向荷載擴(kuò)大比為45。

(2)擾動(dòng)加載裝置：原理是在固定砝碼盤的流變支架上固定一個(gè)牽引電磁鐵，并且在牽引電磁鐵的下部懸掛一個(gè)重錘，然后通過時(shí)間繼電器對(duì)牽引電磁鐵進(jìn)行斷電控制，從而對(duì)重錘升降進(jìn)行自動(dòng)控制，以達(dá)到對(duì)流變支架自動(dòng)施加沖擊擾動(dòng)的效果。通過沖擊后流變支架的振動(dòng)，產(chǎn)生不同頻率與振幅的簡(jiǎn)諧振動(dòng)波。

(3)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：光耦接口設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)構(gòu)成的監(jiān)控系統(tǒng)，便于數(shù)據(jù)采集、信息傳遞、遠(yuǎn)程操控等。系統(tǒng)中配有的KJF25型壓力與位移自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以與任意型號(hào)的傳感器進(jìn)行連接。

1.2 試件制備及實(shí)驗(yàn)方案

在某礦的軟巖巷道選取了此次實(shí)驗(yàn)所用的軟巖，將其加工成50 mm×100 mm的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)巖石試件(圖2)，為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的可比性盡量在同一大塊巖石上密集鉆取。由于在鉆取試件時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，所以通常采用水鉆法鉆取，并將所鉆取的試件放入溫度為105℃～110℃的烘干箱內(nèi)烘干24 h，隨后把烘干的巖石試件取出，放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫。根據(jù)巖石天然含水率測(cè)定方法測(cè)得所鉆取巖石試件的含水率為5%，為了研究不同含水率下巖石的流變擾動(dòng)效應(yīng)，須將試件制備成至少三種以上的含水率。因而把部分試件浸泡在水槽里，通過不同的吸水時(shí)間，制備成含水率為12%和24%的試件。

圖1 巖石流變擾動(dòng)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀

巖石流變擾動(dòng)效應(yīng)就是使原本處于靜荷載下的巖石受到擾動(dòng)后引發(fā)的一種永久性變形。為了使這種變形效果更加明顯，在實(shí)驗(yàn)中分別做了有擾動(dòng)和無擾動(dòng)下富水軟巖的流變實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)通過自主研發(fā)的巖石流變擾動(dòng)試驗(yàn)儀，采用分級(jí)加載和擾動(dòng)加載共同作用的加載方式來完成，對(duì)所制備的含水率ω為5%，12%，24%軟巖試件進(jìn)行單軸流變擾動(dòng)試驗(yàn)。為了確保每次施加的擾動(dòng)荷載都能對(duì)巖石試件產(chǎn)生永久性變形，根據(jù)高延法教授提出的巖石強(qiáng)度極限鄰域確定此次實(shí)驗(yàn)中的分級(jí)加載荷載，分別為32 MPa、48 MPa、64 MPa，在同一試件上從小到大逐級(jí)施加荷載，每一級(jí)荷載的持續(xù)時(shí)間約為8天，之后再施加下級(jí)荷載。施加軸向荷載后一般需要80 h巖石才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)階段，隨之每間隔200 s對(duì)巖石施加一次擾動(dòng)，擾動(dòng)作用時(shí)間大約為1.5 s，用應(yīng)變儀每4 h記錄一次擾動(dòng)作用下產(chǎn)生的應(yīng)變變化，當(dāng)試件蠕變變形穩(wěn)定后便進(jìn)行下次擾動(dòng)，依次循環(huán)往復(fù)施加擾動(dòng)，其中擾動(dòng)荷載等于牽引電磁鐵自由落體時(shí)的沖擊荷載，擾動(dòng)次數(shù)在1～10次范圍內(nèi)，只有當(dāng)巖石發(fā)生加速破壞后，才停止下次擾動(dòng)，否則擾動(dòng)到10次為止。整個(gè)加載過程中巖石應(yīng)變的測(cè)量方法：首先在巖石試件的中部位置采用正確的粘合劑使應(yīng)變片沿其縱向粘貼，然后將導(dǎo)線焊接到已粘貼好的應(yīng)變片上，再按照半橋單臂接橋法接入到DH5922D動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)中，即可進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量。實(shí)驗(yàn)分為18組，每組4塊，共計(jì)72塊巖石試件。其中9組用來做無擾動(dòng)下不同含水率巖石的流變實(shí)驗(yàn)，剩余9組做有擾動(dòng)下不同含水率巖石的流變實(shí)驗(yàn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖3為富水軟巖擾動(dòng)前后流變對(duì)比曲線，可以看出不同含水率下的流變曲線擾動(dòng)前后應(yīng)變發(fā)生明顯變化，每一次施加擾動(dòng)的瞬間軟巖都會(huì)出現(xiàn)變形突然增大，隨后該變形值會(huì)有不同程度的回彈，最后在此基礎(chǔ)上變形持續(xù)發(fā)展，但最終巖石變形速率趨近于一個(gè)穩(wěn)定值。在每一級(jí)荷載加載過程中隨著含水率的增加，巖石的瞬時(shí)變形量和衰減流變段曲線的曲率半徑都增大，且由衰減階段進(jìn)入穩(wěn)態(tài)階段的時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)；整個(gè)流變變形全過程中若沒有發(fā)生加速流變時(shí)，就以穩(wěn)態(tài)速率一直發(fā)展下去，若發(fā)生加速流變時(shí)，流變變形速率會(huì)大幅度增加，且此時(shí)的流變速率大于衰減階段的流變速率。

圖3 富水軟巖擾動(dòng)前后流變對(duì)比曲線

當(dāng)軸向荷載為32 MPa時(shí)，施加擾動(dòng)后富水軟巖的應(yīng)變變化量相對(duì)較小，并且含水率的大小在流變擾動(dòng)曲線中表現(xiàn)的不太明顯。此外，在該軸向荷載下，對(duì)不同含水率的軟巖進(jìn)行10次擾動(dòng)后，發(fā)現(xiàn)均未達(dá)到巖石流變的加速破壞階段，說明此時(shí)軟巖處于非穩(wěn)定蠕變的穩(wěn)定階段，軟巖變形無限增長(zhǎng)直至發(fā)生破壞。當(dāng)軸向荷載為48 MPa時(shí)，與前一級(jí)荷載下的流變擾動(dòng)曲線相比，應(yīng)變變化量相對(duì)較大。同時(shí)隨著含水率的增加，軟巖在擾動(dòng)下的應(yīng)變變化量也越來越大，在含水率為24%時(shí)，巖石經(jīng)過10次擾動(dòng)后出現(xiàn)了加速破壞現(xiàn)象，這是由于每次施加的擾動(dòng)載荷都能對(duì)巖石產(chǎn)生永久性變形，且在多次擾動(dòng)后，每次產(chǎn)生的應(yīng)變變化量會(huì)進(jìn)行積累，能量也隨之積累，一旦積累的應(yīng)變值達(dá)到巖石破壞的應(yīng)變值，巖石試件突然發(fā)生破壞。而含水率較低的軟巖試件未出現(xiàn)加速蠕變階段。當(dāng)施加的軸向荷載為64 MPa時(shí)，由于在無擾動(dòng)的情況下，巖石就能發(fā)生加速流變階段，所以對(duì)其進(jìn)行擾動(dòng)后，應(yīng)變變化量特別明顯，極大地縮短了巖石試件發(fā)生破壞的時(shí)間。含水率為24%的軟巖試件在施加一次擾動(dòng)后，巖石迅速發(fā)生破壞，而含水率較低的試件經(jīng)過幾次擾動(dòng)后才進(jìn)入加速破壞階段。這說明軟巖在水化作用后強(qiáng)度降低，極易發(fā)生蠕變破壞。

為了使曲線描述效果更加直觀，僅對(duì)含水率為5%各級(jí)軸向荷載下的擾動(dòng)能量-累積應(yīng)變及軸向荷載為48 MPa不同含水率下擾動(dòng)能量-累積應(yīng)變進(jìn)行分析。見圖4、圖5。此次實(shí)驗(yàn)中懸掛在牽引電磁鐵上的重錘質(zhì)量為5 kg，自由下落的過程中重錘將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為對(duì)巖石試件的擾動(dòng)沖擊能量，根據(jù)物體的沖擊能量計(jì)算公式：

(1)

式中：m是重錘的質(zhì)量，v是重錘自由落體的速率。其中，v=gt，F(xiàn)=mg，g是重錘自由落體的加速度，可得

(2)

通過式(2)計(jì)算得出一次擾動(dòng)后重錘的沖擊能量為490 N·m，對(duì)于擾動(dòng)次數(shù)在2～10次之間的擾動(dòng)能量值，按照每一次擾動(dòng)能量值進(jìn)行算術(shù)方法疊加。

圖4 各級(jí)軸向荷載下的擾動(dòng)能量-累積擾動(dòng)變形量曲線

圖5 不同含水率下擾動(dòng)能量-累積擾動(dòng)變形量曲線

從圖4中可以看出，巖石在分級(jí)加載時(shí)，前兩級(jí)荷載下的累積擾動(dòng)變形量隨著擾動(dòng)能量的增加而增加，且增加速率呈遞減趨勢(shì)，當(dāng)擾動(dòng)能量到達(dá)一定值時(shí)，擾動(dòng)變形速率逐漸趨近于一個(gè)恒定值，并持續(xù)發(fā)展下去。而在第三級(jí)荷載下，擾動(dòng)變形量因擾動(dòng)能量的增加呈直線上升，直至巖石試件完全破壞。從圖5可以看出，當(dāng)含水率為5%和12%時(shí)，曲線形態(tài)與分級(jí)加載時(shí)前兩級(jí)荷載作用下的曲線形態(tài)基本相似， 含水率為24%時(shí)的曲線形態(tài)除了比第三級(jí)荷載作用下的曲線形態(tài)平緩一些，其曲線走向基本變化不大。說明富水軟巖的流變擾動(dòng)效應(yīng)，不僅與軸向荷載和含水率有關(guān)，還與擾動(dòng)能量有關(guān)，巖石在分級(jí)加載時(shí)，荷載達(dá)到強(qiáng)度極限鄰域內(nèi)，如果含水率越低，施加的軸向荷載越小，擾動(dòng)對(duì)其流變擾動(dòng)效應(yīng)的敏感性較弱，反之，擾動(dòng)對(duì)富水軟巖的流變擾動(dòng)效應(yīng)的敏感性較強(qiáng)。

2 擾動(dòng)狀態(tài)方程

通常把描述材料從相對(duì)無擾動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化為相對(duì)完全擾動(dòng)態(tài)的過程，用擾動(dòng)狀態(tài)方程D來表示。由于材料的損傷、裂紋的擴(kuò)展都具有方向性，因此擾動(dòng)狀態(tài)方程D是一個(gè)具有方向的張量。其表達(dá)式根據(jù)典型的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)可表達(dá)為：

(3)

式中：σn為相對(duì)無擾動(dòng)態(tài)中的部分應(yīng)力，σn=Eoεo；σo為表觀應(yīng)力，即分級(jí)加載的載荷；E0為表觀彈性模量；εo為表觀應(yīng)變；σc為相對(duì)完全擾動(dòng)狀態(tài)中的部分應(yīng)力，即應(yīng)力-應(yīng)變曲線中的殘余應(yīng)力。

Bazant[16]認(rèn)為D可以用Weibull分布來描述，并把塑性應(yīng)變累積值作為自變量，其函數(shù)關(guān)系式為：

D=D(εp)=Du{1-exp[(-Mεp)N]}

(4)

經(jīng)化簡(jiǎn)可得：

(5)

圖6 分級(jí)加載下不同含水率的流變曲線

(6)

由于在實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析中發(fā)現(xiàn)，擾動(dòng)變形與擾動(dòng)能量相關(guān)，εp可以進(jìn)一步表示為：

εp=f(ΔW)

(7)

εp=f(ΔW)=a·exp(-ΔW/b)+c

(8)

式中：a，b，c僅為擬合系數(shù)，無實(shí)際的物理意義。根據(jù)軟巖的擾動(dòng)流變特性去Du=1，聯(lián)立式(5)和式(7)可得，

D=D(εp)=D[f(ΔW)]=1-e[-M·f(ΔW)]N

(9)

3 富水軟巖的流變擾動(dòng)本構(gòu)模型

基于富水軟巖的非線性剪切蠕變模型研究[17]，以及結(jié)合本文富水軟巖的流變擾動(dòng)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及流變特性分析，需要建立一個(gè)描述富水軟巖流變擾動(dòng)效應(yīng)的本構(gòu)方程，因而引進(jìn)擾動(dòng)狀態(tài)方程D。根據(jù)應(yīng)變等效假設(shè)基本原理，將表觀應(yīng)力需轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，用適當(dāng)?shù)臄_動(dòng)狀態(tài)方程完成轉(zhuǎn)化。

τ=(1-D)τ0

(10)

式中：τ0為表觀應(yīng)力；τ為有效應(yīng)力。

依據(jù)強(qiáng)度極限鄰域，將富水軟巖流變擾動(dòng)效應(yīng)的本構(gòu)方程分為以下兩種情況：

當(dāng)τ0≤τs時(shí)，

(11)

表1 擾動(dòng)能量與擾動(dòng)變形量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(ω=12%，τ0=48 MPa)

式中：u為巖石的流變變形量；G1為瞬時(shí)剪切模量；G2為黏彈性剪切模量；τs為巖石屈服強(qiáng)度；η1和η2均為黏滯系數(shù)；t為流變經(jīng)過的時(shí)間。

當(dāng)τ0>τs時(shí)，

(12)

式中：B0、B1、B2及n均為改進(jìn)的NRC模型參數(shù)，其中B0為反映剪應(yīng)力水平對(duì)黏滯系數(shù)影響的特征參數(shù)；B1為與含水率有關(guān)的加速蠕變因子；B2為與含水率有關(guān)的穩(wěn)態(tài)蠕變因子。tp為穩(wěn)態(tài)流變向加速流變過渡的起始時(shí)刻，tFR為巖石發(fā)生破壞時(shí)刻，

4 模型參數(shù)確定及識(shí)別

基于富水軟巖的流變擾動(dòng)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用BFGS算法以及通用全局優(yōu)化法的數(shù)學(xué)優(yōu)化軟件1st Opt對(duì)圖3中的不同含水率擾動(dòng)曲線進(jìn)行辨識(shí)，得到富水軟巖流變擾動(dòng)效應(yīng)本構(gòu)模型相關(guān)參數(shù)(見表2)。為了驗(yàn)證所建模型的正確性與合理性，必須使模型擬合曲線與實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行對(duì)比，本文限于篇幅，只給出了圖7所示的軸向荷載為48 MPa，含水率為12%時(shí)，富水軟巖流變擾動(dòng)效應(yīng)的模型擬合曲線與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比曲線，和圖8所示的軸向荷載為64 MPa，含水率為5%時(shí)，富水軟巖流變擾動(dòng)效應(yīng)的模型擬合曲線與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比曲線。從圖7和圖8可以看出，模型擬合曲線與實(shí)驗(yàn)結(jié)果均吻合的相當(dāng)理想，不但表明所建立的富水軟巖流變擾動(dòng)效應(yīng)本構(gòu)模型的正確性與合理性，而且可以很好的掌握在不同含水率下的軟巖受擾動(dòng)后的流變特性。

表2 富水軟巖流變擾動(dòng)效應(yīng)模型參數(shù)

圖7 含水?dāng)_動(dòng)蠕變模型和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比(τ0=48 MPa，ω=12%)

圖8 含水?dāng)_動(dòng)蠕變模型和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比(τ0=64 MPa，ω=5%)

5 結(jié) 論

(1)對(duì)不同含水率的軟巖進(jìn)行分級(jí)加載流變擾動(dòng)時(shí)，擾動(dòng)前后流變曲線應(yīng)變發(fā)生明顯變化，每一次施加擾動(dòng)的瞬間軟巖都會(huì)出現(xiàn)變形突然增大，隨后該變形值會(huì)有不同程度的回彈，最后在此基礎(chǔ)上變形持續(xù)發(fā)展，但最終巖石變形速率趨近于一個(gè)穩(wěn)定值。同一軸向荷載下，隨著含水率的增加，巖石的瞬時(shí)變形量和衰減流變段曲線的曲率半徑都增大，且由衰減階段進(jìn)入穩(wěn)態(tài)階段的時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)；整個(gè)流變變形全過程中若沒有發(fā)生加速流變時(shí)，就以穩(wěn)態(tài)速率一直發(fā)展下去，若發(fā)生加速流變時(shí)，流變變形速率會(huì)大幅度增加，且此時(shí)的流變速率大于衰減階段的流變速率。

(2)經(jīng)過多次擾動(dòng)后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)軸向荷載較小時(shí)，含水率的大小在流變曲線中表現(xiàn)的不太明顯，巖石流變會(huì)一直處于非穩(wěn)定蠕變的穩(wěn)態(tài)階段；當(dāng)軸向荷載較大時(shí)，由于每次擾動(dòng)變形量的積累，使原本處于穩(wěn)態(tài)階段含水率較大的巖石出現(xiàn)了加速破壞現(xiàn)象，使原本在無擾動(dòng)下就能發(fā)生加速流變階段的巖石，極大縮短了發(fā)生加速破壞階段的時(shí)間。

(3)當(dāng)應(yīng)力水平較小和含水率不高的情況下，擾動(dòng)變形速率隨著擾動(dòng)能量的增加而緩慢增大，當(dāng)應(yīng)力水平較高和含水率較大時(shí)，擾動(dòng)變形速率隨著擾動(dòng)能量的增加快速增大，使巖石試件迅速破壞。

(4)依據(jù)材料的擾動(dòng)狀態(tài)理論，確定了擾動(dòng)狀態(tài)方程D，以此為基礎(chǔ)，因巖石的流變擾動(dòng)效應(yīng)與擾動(dòng)能量緊密相關(guān)，通過非線性擬合的方法，將擾動(dòng)態(tài)方程D又進(jìn)一步演化成以擾動(dòng)能量為自變量的函數(shù)。根據(jù)應(yīng)變等效假設(shè)基本原理，將擾動(dòng)狀態(tài)方程D與富水軟巖的非線性剪切流變模型進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，建立了富水軟巖流變擾動(dòng)效應(yīng)本構(gòu)模型。

(5)采用精確可靠的BFGS算法和數(shù)學(xué)優(yōu)化軟件1st Opt對(duì)實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行辨識(shí)，得到本構(gòu)模型的相關(guān)參數(shù)，同時(shí)用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)去驗(yàn)證所建立的模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)值與模型擬合曲線吻合效果良好，證明了富水軟巖流變擾動(dòng)效應(yīng)本構(gòu)模型的正確與合理性。