文献综述
摘要：爆破等动态扰动可能会严重影响岩石的蠕变。量化动态影响扰动岩石的蠕变行为是了解周围岩石长期行为的前提。我们设计了一种新的机械式蠕变冲击试验机来测试蠕变载荷和动态扰动组合下的岩石破坏行为。
关键词：蠕变扰动效应，动态扰动，流变，偏心轮扩力
- 引言
目前，我国不少钻井的开采深度已超过1000 m,中等强度的巷道围岩其应力状态也接近了岩石强度极限，巷道稳定性较差，很容易受掘进或开采扰动而产生大变形，使巷道支护成本急剧增加。在深井软岩条件下，巷道围岩应力状态接近于岩石强度极限，扰动变形是围岩变形的重要组成部分。因此，研究岩石在扰动荷载作用下的流变力学特性，对深井软岩支护具有重要的工程实用价值[1]。“岩石流变扰动效应”属于岩石流变力学的范畴，它反映了处于流变状态的岩石在扰动载荷作用下的流变规律，应该是岩石流变学一个新的研究方向。关于材料流变现象的观察和研究可以追朔到19世纪30年代，人们发现某些材料具有经典固体力学理论无法解释的与时间有关的力学特性。1835年Webe:研究抽丝时发现弹性后效现象[2];1865年Kelvin发现锌具有粘性性质，其内部阻力与变形速度不成比例[3];两年后Maxwell在进一步指出:所有物体的粘性现象都可用一个一阶线性微分方程来描述，并提出了应力松弛的概念[4];1874年Botzmann发展了线粘弹性理论，建立了适用于线粘弹性范畴的迭加原理[5];到本世纪的1910年，C.Andrade等在进行等载荷单轴实验时，观察到材料的蠕变全过程，提出蠕变三阶段的概念;到1916E.C.Bingham首次提出流变学理论[6]。
以往岩石流变试验研究，多集中在岩石的单轴压缩和弱面剪切等类型流变试验[7]。岩石流变理论研究，则多集中于岩石的黏弹塑性模型、元件组合模型和试验曲线模型[8-13]等。很少有关于岩石流变扰动效应的试验与理论研究成果，原因在于关于岩石流变效应和扰动效应耦合作用的试验机较少，并且大多造价较高，因此本课题设计的机械式岩石岩石流变扰动效应试验机有望促进上述岩石力学理论的研究。
2.试验装置研究现状
2.1 岩石蠕变扰动效应试验装置
要研究岩石的流变扰动效应，就必须进行流变扰动试验。为此，研制了岩石流变扰动效应试验仪，该试验仪由3个部分组成:主机(如图1所示)。轴向压力扩力系统，其最大特点是采用重力加载，偏心轮扩力和曲轴扩力两级扩力，扩力比为60倍。扰动荷载施加装置。在连接上承压板的加压轴上套有冲击钢环，将冲击钢环上提一定高度后，放开让其自由下落，产生冲击荷载。在下承压板底部还专门设计了“扰动荷载腔”，可在其中放置雷管，可引爆雷管作为爆破扰动荷载。扰动测量装置(如图2所示)。采用KJF25型压力与位移自动监测系统，该系统以89C51微控制器为核心，采用光耦接口设计，可与各种频率型传感器配接，与计算机构成监控系统，可进行数据采集、信息传输、远方控制、就地控制和就地显示。
图1 流变扰动效应试验仪
