壓?拉循環荷載作用下紅砂巖蠕變特性

趙寶云，劉東燕，黃偉，劉偉，黃天柱，陳超

?

壓?拉循環荷載作用下紅砂巖蠕變特性

趙寶云1, 2，劉東燕1，黃偉1，劉偉3，黃天柱1，陳超1

(1. 重慶科技學院 建筑工程學院，重慶，401331； 2. 北達科他州立大學 土木與環境工程系，美國 法戈，58108-6050； 3. 重慶市地勘局208水文地質工程地質隊，重慶，400700)

利用自制巖石杠桿式拉壓蠕變試驗儀，對紅砂巖進行2種恒定循環荷載蠕變試驗以及等增量循環蠕變實驗，分析各應力水平下的蠕變特征，研究巖石蠕變與循環次數之間的規律，探討蠕變參數與循環次數之間的關系。研究結果表明：在各級恒定荷載作用下，試樣變形均包含明顯的瞬時應變和衰減蠕變及穩態蠕變，在1.19 MPa拉伸荷載作用下巖樣出現加速蠕變。在50%c?50%t循環荷載作用下，巖樣最大軸向應變逐漸增大，最大橫向應變均逐漸減小，試樣整體“縮短”而無明顯擴容；85%c?85%t強度荷載使得巖樣最大軸向與橫向應變隨著循環次數增加而增大，不僅表現為軸向“縮短”，而且出現體積擴容；在2種恒定壓?拉荷載作用下，試樣均產生一定的殘余永久變形，較大荷載使得試樣軸向與橫向殘余永久應變均隨循環次數增加而增加，而較小荷載作用下試樣橫向應變隨循環次數增加而減小；試樣蠕變隨著增量循環荷載等級增加而增加，且產生一定的永久殘余應變；施加32.59 MPa壓應力后試樣出現最大體積壓縮應變，后體積逐步開始擴容。Burgers蠕變模型可以較好地反映紅砂巖在恒定循環荷載作用下的蠕變特性，試樣在經歷3~4次循環后材料屬性隨循環次數及時間進一步劣化，最終在第5次循環時發生拉伸破壞。

巖石力學；循環荷載；蠕變；蠕變模型

在邊坡、地下洞室等巖體工程的開挖過程中，巖體內部應力將發生二次分布[1?2]，應力重分布會使巖體經歷加載、卸荷以及卸荷拉伸等復雜受力過程。另外，地質構造運動、水庫大壩的反復排蓄水、橋梁下的巖基等均會使得巖石經歷反復加載、卸荷、拉伸等過程，而這些過程又往往伴隨著時間歷程。因此，研究壓?拉循環荷載作用下巖石的蠕變特征具有重要的實踐意義。當前，國內外研究者針對巖石在壓縮、拉伸荷載條件下的蠕變特性進行了探討[3?6]。LIU等[7]對灰巖在流固耦合條件下的蠕變特性進行了研究；劉東燕等[8]對紅砂巖直接拉伸蠕變特性進行了研究，提出適合紅砂巖蠕變全過程的改進Burgers蠕變模型。在巖石壓縮?卸荷蠕變方面，辛亞軍等[9]利用RLW?2000型巖石三軸流變儀，對2組巖石進行單軸分級加載蠕變試驗，分析了巖石不同應變差值下能量的耗散過程，確定了巖石不同加載水平(或循環次數)與變形模量的關系，研究了加載蠕變與應力卸載的曲線路徑。ZHAO等[10]對硬巖在增量循環加載與卸荷作用下的蠕變特性進行了研究。徐鵬等[11]根據試樣彈性與塑性蠕變特性，建立了相應的蠕變模型，并對煤進行三軸循環加卸載蠕變試驗，分析了蠕變試驗中煤樣的彈塑性應變特性及穩態蠕變速率演化規律。人們對巖石循環作用下的力學響應研究，主要集中在巖石壓縮與卸荷領 域[12?14]。ARAEI等[15]研究了單軸循環荷載下加載速率、初始應力狀態對巖石應力?應變曲線的影響；張志鎮等[16]基于煤巖、紅砂巖和花崗巖等3種典型巖石試件的軸向加卸載試驗，探究了巖性對受載巖石能量演化特征的影響規律。上述研究多針對巖石在單?壓縮或者拉伸荷載作用下的蠕變特性及在壓縮循環荷載作用下的力學響應機制，對巖石在壓縮與拉伸循環荷載下的蠕變特性研究較少。為了揭示巖石在循環壓?拉荷載條件下的蠕變特性，本文作者利用自制的巖石杠桿式拉?壓蠕變試驗儀，對周期性恒定壓?拉循環荷載與等增量壓?拉循環荷載作用下紅砂巖的蠕變特性進行分析，探討蠕變應變與循環次數之間的關系，并分析Burgers蠕變參數與循環次數之間的關系。

1 試驗設備與方案

1.1 試驗設備

試驗采用自制的巖石杠桿式拉壓蠕變試驗儀，該測試系統由整體框架、兩級杠桿、壓?拉連接探頭、荷重砝碼及拉壓轉換栓等組成，可方便實現巖石的拉伸與壓縮蠕變實驗，試驗儀設計示意圖如圖1所示。有關該設備的詳細介紹見文獻[17?18]。為避免壓?拉循環荷載施加過程中出現偏心受力，在試驗過程中采用自制的巖石壓?拉連接裝置[17]。

將2個長×寬為3 mm×20 mm的電阻應變片對稱粘貼在試樣軸向中心部位以測試試樣軸向變形，2個長×寬為3 mm×5 mm橫向對稱粘貼在試樣中心位置測試其橫向變形，電阻應變片電阻均為120 Ω。粘貼電阻應變片后的巖石試樣如圖2所示。應用DH3821靜態應力應變測試分析系統采集應變。

1.2 試樣制備

試樣采用廣泛分布于重慶市的紅砂巖，所選擇巖塊質地均勻，結構致密，礦物顆粒較粗且為肉紅色，密度為2 380 kg/cm3，肉眼觀測無可見裂隙。經實驗室加工制備成直徑為50 mm、高為100 mm的標準圓柱形試件。加工過程均嚴格按照國際巖石力學學會(ISRM)試驗規程，試樣直徑的誤差不超過0.3 mm，端面不平整度允許偏差為±5 μm，端面應垂直于試件軸線，允許偏差為±0.25°。試樣制備完成后，經過篩選的部分巖石試樣如圖2所示。

圖1 杠桿式巖石拉伸壓縮蠕變試驗儀

圖2 巖石試樣

1.3 試驗方案與步驟

圖3所示為紅砂巖單軸壓縮與拉伸作用下的應力?應變曲線(其中，c為壓縮應力，t為拉伸應力)。測得紅砂巖的平均抗壓強度為54.32 MPa，平均抗拉強度為 1.40 MPa，壓縮屈服強度為45.17 MPa，拉伸屈服強度為1.03 MPa。采用恒定循環荷載及等增量循環荷載2種荷載形式探索紅砂巖在壓?拉循環荷載作用下的流變力學特性。恒定壓?拉荷載循環蠕變實驗示意圖如圖4(a)所示，實驗荷載分別取紅砂巖單軸壓、拉強度的50%與85%進行不同壓、拉應力條件下的循環蠕變試驗；等增量循環荷載蠕變實驗如圖4(b)所示，實驗荷載分別取20%，40%，60%及80%的極限壓?拉荷載。

詳細試驗步驟如下。

圖3 紅砂巖單軸直接拉伸與壓縮作用下的應力?軸向應變曲線

(a) 恒定循環蠕變實驗；(b) 等增量循環蠕變實驗

步驟1：使用高強樹脂結構膠將試件黏接在拉伸裝置的2個拉頭上，校正對中后在通風處放置48 h以上后投入試驗使用。

步驟2：將試樣安裝在材料試驗機上，連接好數據采集線路，并調整好中心位置，使巖樣的軸線與試驗機加載中心線重合，避免偏心受力，從而影響試驗結果。

步驟3：采用掛重的形式施加軸向壓縮與拉伸荷載，每次荷載轉換前將施加在試樣上的荷載卸掉，荷載轉換在1 min內完成。

步驟4：交替多次施加壓?拉循環荷載，每級荷載持續約12 h，最后一級荷載下巖石試件變形趨于穩定或者出現破壞，試驗結束。

步驟5：取出巖樣，整理試驗數據。

2 試驗結果分析

2.1 恒定壓?拉循環荷載蠕變結果分析

圖5和6所示分別為50%c?50%t及85%c? 85%t循環荷載作用下的紅砂巖循環蠕變實驗曲線。圖5中壓?拉恒定循環荷載分別為27.16 MPa(50%c)和0.70 MPa(50%t)，圖6中壓?拉恒定循環荷載分別為46.17 MPa(85%c)和1.19 MPa(85%t)。在2種循環荷載下，蠕變實驗各進行了5次循環。從圖 5和圖6 可以看出：在2種試驗方案中，紅砂巖試樣在各級恒定荷載作用下均包含明顯的瞬時應變和衰減蠕變、穩態蠕變這2個階段；在85%t(1.19 MPa)荷載作用下，巖樣的蠕變曲線分為瞬時應變和衰減蠕變Ⅰ、穩態蠕變Ⅱ及加速蠕變Ⅲ等階段，如圖7所示。

為了分析2種應力等級作用下紅砂巖蠕變特性的差異，特對試樣在各級循環荷載作用下的永久應變與最大應變進行統計，結果如表1所示。圖8和圖9所示分別為軸向、橫向最大應變及軸向、橫向最大永久應變與循環次數的關系。

1—軸向應變；2—橫向應變；3—體積應變。

1—軸向應變；2—橫向應變；3—體積應變。

1—軸向應變；2—橫向應變；3—體積應變。

綜合圖 5~6、圖8~9和表 1 可以看出：在50%c?50%t循環荷載作用下，試樣最大軸向應變隨著循環次數增加而增大，而橫向應變幅度、最大橫向應變均隨這循環次數增加呈減小趨勢，表明紅砂巖試樣在50%c?50%t這一組相對較低荷載作用下試樣以壓縮變形為主，整體表現為“縮短”而無明顯擴容現象；在85%c?85%t循環荷載作用下，試樣最大軸向應變與最大橫向應變亦隨著循環次數增加而增大，最大軸向應變從6.83×10?3增加到7.15×10?3，增幅為 0.55×10?3，而最大橫向應變從?1.82×10?3增加到?2.55×10?3，增幅為0.73×10?3，表明在85%c?85%t這1組相對較高荷載作用下試樣不僅軸向“縮短”且出現體積擴容。在2種不同壓?拉荷載作用下，試樣均出現一定程度的殘余永久變形；在85%c?85%b循環荷載作用下，試樣最大軸向與橫向殘余永久應變均隨著循環次數增加而增加；而在50%c?50%t循環荷載作用下，試樣最大軸向殘余永久應變隨著循環次數增加而增加，而橫向永久應變卻隨著循環次數增加呈線性減小趨勢。

(a) 軸向應變；(b) 橫向應變

(a) 軸向應變；(b) 橫向應變

表1 不同荷載作用下巖樣應變統計

2.2 等增量壓?拉循環荷載蠕變結果分析

為了探索不同循環荷載作用下紅砂巖試樣的蠕變特征，對試樣進行等增量壓?拉循環荷載作用下的蠕變實驗。圖10所示為等增量循環荷載作用下紅砂巖試樣蠕變曲線，蠕變曲線上、下方的數字表示各級荷載。從圖10可以看出：試樣在各級壓?拉恒定荷載作用下均出現瞬時應變、減速蠕變及穩態蠕變；紅砂巖軸向與橫向蠕變變形均隨著荷載增加而增加，在經歷4次等增量循環荷載蠕變后，軸向應變增量分別為1.26×10?3，1.11×10?3和1.04×10?3，橫向應變增量分別為0.60×10?3，0.70×10?3和0.59×10?3；紅砂巖在等增量循環荷載作用下產生一定程度的永久殘余應變，當荷載較小時(例如壓縮荷載為10.86 MPa，拉伸荷載為 0.28 MPa)，試樣軸向永久變形量為0.02×10?3，試樣整體以壓縮為主；隨著荷載增大，軸向應變在循環荷載為40%c?40%t(壓縮荷載為21.73 MPa，拉伸荷載為0.56 MPa)時開始表現為軸向拉伸，在60%c?60%t循環荷載作用下試樣在點達到最大體積壓縮應變，隨后試樣體積逐步開始擴容。

(a) 軸向、橫向應變；(b) 體積應變

3 蠕變模型及參數分析

從蠕變實驗結果可以看出：3個試樣蠕變曲線均包含瞬時加載應變、衰減蠕變及穩態蠕變，僅在拉伸荷載為1.19 MPa時出現加速蠕變階段。Burgers蠕變模型可以描述巖土材料的瞬時加載變形、衰減蠕變與穩態蠕變，因而該模型廣泛應用于巖石的蠕變參數識別[19?20]。為了進一步分析循環荷載作用下的紅砂巖蠕變特性，采用Burgers蠕變模型對50%c?50%t及85%c?85%t這2種恒定循環荷載作用下的軸向蠕變曲線進行回歸分析，進一步探討循環參數與循環次數之間的規律。圖11所示為Burgers蠕變模型(其中，M和K分別為馬克思威爾模型應變和開爾文模型應變)。

Burgers蠕變模型的蠕變方程為

式中：為應力；為蠕變時間；為應變；M和K分別為瞬時彈性模量和黏性模量；K和M均為黏滯系數。

基于Quasi?Newton非線性優化算法的Matlab編程，對2種壓?拉循環荷載作用下的軸向蠕變實驗數據進行Burgers 蠕變模型的參數識別。表2所示為不同壓?拉循環荷載作用下試樣Burgers蠕變模型參數。

圖11 Burgers蠕變模型

從表2可以看出：除了荷載等級為1.19 MPa拉伸蠕變參數相關系數(2)為0.87外，其余擬合相關系數(2)均大于0.97，說明Burgers蠕變模型可以較好地反映紅砂巖在壓?拉循環荷載作用下的瞬時加載應變、衰減蠕變及穩態蠕變等蠕變特性。

圖12所示為不同壓?拉循環荷載作用下，Burgers蠕變參數與循環次數關系。從圖12可以看出：隨著循環次數增加，紅砂巖的壓縮瞬時彈性模量Mc及拉伸瞬時彈性模量絕對值|Mt|均隨著循環次數增加而減小，說明周期性壓?拉循環恒定荷載會降低巖石的彈性性能。在50%c?50%t循環荷載作用下，蠕變參數Mc,Kc，|Mt|，|Kt|和|Kt|均隨著循環次數增加呈現增大趨勢，而蠕變參數Kc隨著循環次數增加呈現減小趨勢，表明紅砂巖試樣在50%c?50%t這1組相對較低恒定荷載作用下試樣呈現一定程度的黏彈性變形。在85%c?85%t循環荷載作用下，蠕變參數Mc，Kc，Kc，|Mt|，|Kt|和|Kt|在1~3次循環中整體呈現增大趨勢，而在4~5次循環后開始減小，說明紅砂巖試樣在85%c?85%t這1組相對較高恒定荷載作用下經歷3~4次循環后材料屬性隨循環次數及時間進一步劣化，試樣最終在1.19 MPa拉伸荷載作用下發生斷裂，斷裂面近水平。

表2 不同壓?拉循環荷載作用下Burgers蠕變模型參數統計

注：Mc和Kc分別為壓縮階段的瞬時彈性模量和黏性模量；Mt和Kt分別為拉伸階段的瞬時彈性模量和黏性模量；Mc和Kc為壓縮階段的黏滯系數；Mt和Kt為拉伸階段的黏滯系數。

(a) 參數EM；(b) 參數ηM；(c) 參數EK；(d) 參數ηK

4 結論

1) 紅砂巖試樣在各級恒定荷載作用下均包含明顯的瞬時應變和衰減蠕變、穩態蠕變2個階段，在85%t(1.19 MPa)荷載作用下，巖樣的蠕變曲線分為瞬時應變和衰減蠕變Ⅰ、穩態蠕變Ⅱ及加速蠕變Ⅲ等階段。

2) 在恒定壓?拉循環荷載作用下，試樣最大軸向應變隨著循環次數增加而增大；在50%c?50%t循環荷載作用下，最大橫向應變均隨著循環次數增加呈減小趨勢，整體表現為“縮短”而無明顯擴容現象；在85%c?85%t循環荷載作用下，最大橫向應變亦隨著循環次數增加而增大，試樣不僅軸向“縮短”且出現體積擴容。

3) 在2種不同恒定壓?拉荷載作用下，試樣均出現一定程度的殘余永久變形；在85%c?85%t循環荷載作用下，試樣軸向與橫向殘余永久應變均隨著循環次數增加而增加；在50%c?50%t循環荷載作用下，試樣軸向應變隨著循環次數增加而增加，而橫向應變卻隨著循環次數增加呈線性減小趨勢。

4) 在等增量壓?拉循環荷載作用下，紅砂巖軸向與橫向蠕變均隨著荷載增加而增加，且產生一定程度的永久殘余應變。試樣在60%壓縮強度荷載作用起始階段達到最大體積壓縮應變，隨后試樣體積逐步開始擴容。

5) Burgers蠕變模型可以較好地反映紅砂巖在恒定壓?拉循環荷載作用下的蠕變特性：紅砂巖的壓縮瞬時彈性模量隨著循環次數增加而減小，巖樣彈性性能隨著循環次數的增加而降低；較高恒定壓?拉荷載循環導致紅砂巖壓縮和拉伸蠕變參數Mc，Kc，Kc，Mt，Kt和Kt均隨著循環次數增加而先增大后減小。紅砂巖試樣在經歷3~4次循環后材料屬性隨循環次數及時間進一步劣化，最終出現拉伸破壞。

[1] 劉東燕. 巖石力學[M]. 重慶: 重慶大學出版社, 2016: 178?185. LIU Dongyan. Rock mechanics[M]. Chongqing: Chongqing University Press, 2016: 178?185.

[2] MOHAMMAD R, MOHAMMAD F H, ABBAS M. Determination of longwall mining-induced stress using the strain energy method[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering, 2015, 48(6): 2421?2433.

[3] YU Huaichang, LIU Handong, et al. Experimental Study on time-dependent behavior of silty mudstone from the three gorges reservoir area, China[J]. KSCE Journal of Civil Engineering, 2017, 21(3): 715?724.

[4] 金解放, 李夕兵, 王觀石, 等. 循環沖擊載荷作用下砂巖破壞模式及其機理[J]. 中南大學學報(自然科學版), 2012, 43(4): 1453?1462. JIN Jiefang, LI Xibing, WANG Guanshi, et al. Failure modes and mechanisms of sandstone under cyclic impact loadings[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2012, 43(4): 1453?1462.

[5] LIU Huaizhong, XIE Hongqiang, et al. Nonlinear creep damage constitutive model for soft rocks[J]. Mechanics of Time-Dependent Materials, 2017, 21: 73?96.

[6] 王春萍, 陳亮, 梁家瑋, 等. 考慮溫度影響的花崗巖蠕變全過程本構模型研究[J]. 巖土力學, 2014, 35(9): 2494?2506. WANG Chunping, CHEN Liang, LIANG Jiawei, et al. Creep constitutive model for full creep process of granite considering thermal effect[J]. Rock and Soil Mechanics, 2014, 35(9): 2494?2506.

[7] LIU Yang, LIU Changwu, KANG Yaming, et al. Experimental research on creep properties of limestone under fluid–solid coupling[J]. Environmental Earth Sciences, 2015, 73(11): 7011?7018.

[8] 劉東燕，趙寶云, 朱可善, 等. 砂巖直接拉伸蠕變特性及 Burgers 模型的改進與應用[J]. 巖土工程學報, 2011, 33(11): 1740?1744. LIU Dongyan, ZHAO Baoyun, ZHU Keshan, et al. Direct tension creep behaviors of sandstone and improvement and application of Burgers model[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2011, 33(11): 1740?1744.

[9] 辛亞軍, 李夢遠. 巖石分級加載蠕變的能量耗散與變形機制研究[J]. 巖石力學與工程學報, 2016, 35(增刊1): 2883?2897. XIN Yajun, LI Mengyuan. Study on deformation mechanism and energy dissipation of rock creep under step loading[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2016, 35(S1): 2883?2897.

[10] ZHAO Yanlin, WANG Yixian, WANG Weijun, et al. Modeling of non-linear rheological behavior of hard rock using triaxial rheological experiment[J]. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 2017, 93: 66?75.

[11] 徐鵬, 楊圣奇. 循環加卸載下煤的黏彈塑性蠕變本構關系研究[J]. 巖石力學與工程學報, 2015, 34(3): 537?545. XU Peng, YANG Shengqi. Study of visco-elasto-plastic constitutive model of coal under cyclic loading[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2015, 34(3): 537?545.

[12] GHAMGOSAR M, ERARSLAN N, WILLIAMS D J. Experimental investigation of fracture process zone in rocks damaged under cyclic loadings[J]. Experimental Mechanics, 2017, 57(1): 97?113.

[13] 姜德義, 崔遙, 范金洋, 等. 非連續循環荷載作用下巖鹽力學特性試驗研究[J]. 巖土力學, 2017, 38(5): 1?8. JIANG Deyi, Cui Yao, FAN Jinyang, et al. Experimental study of mechanical response of salt rock under discontinuous cyclic loading[J]. Rock and Soil Mechanics, 2017, 38(5): 1?8.

[14] KAVAN K, ELHAM M, MARIA D, et al. Stability and serviceability of underground energy storage caverns in rock salt subjected to mechanical cyclic loading[J]. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 2016, 86: 115?131.

[15] ARAEI A, RAZEGHI H R, GHALANDARZADEH A. Effects of loading rate and initial stress state on stress-strain behavior of rock fill materials under monotonic and cyclic loading conditions[J]. Scientia Iranica, 2012, 9(15): 1220?1235.

[16] 張志鎮, 高峰. 3種巖石能量演化特征的試驗研究[J]. 中國礦業大學學報, 2015, 44(3): 416?422. ZHANG Zhizhen, GAO Feng. Experimental investigations on energy evolution characteristics of coal, sandstone and granite during loading process[J]. Journal of China University of Mining & Technology, 2015, 44(3): 416?422.

[17] 趙寶云, 劉偉, 許年春, 等. 巖石拉壓蠕變試驗儀研制及應用[J]. 實驗力學, 2016, 31(2): 238?242. ZHAO Baoyun, LIU Wei, XU Nianchun, et al. On the development and application of an experimental instrument for rock creep behavior subjected to tensile and compressive action[J]. Experimental Mechanics, 2016, 31(2): 238?242.

[18] 趙寶云, 劉東燕, 董倩, 等. 杠桿式巖石拉伸壓縮流變試驗儀: CN201210565068.5[P]. 2012?12?24. ZHAO Baoyun, LIU Dongyan, DONG Qian, et al. Leveraged tensile and compressive rheological tester: CN201210565068.5[P]. 2012?12?24..

[19] ZHANG Yu, XU Weiya, SHAO Jianfu, et al. Experimental investigation of creep behavior of clastic rock in Xiangjiaba Hydropower Project[J]. Water Science and Engineering, 2015, 8(1): 55?62.

[20] 趙延林, 唐勁舟, 付成成, 等. 巖石黏彈塑性應變分離的流變試驗與蠕變損傷模型[J]. 巖石力學與工程學報, 2016, 35(7): 1297?1308. ZHAO Yanlin, TANG Jinzhou, FU Chengcheng, et al. Study of visco-elasto-plastic constitutive model of coal under cyclic loading[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2016, 35(7): 1297?1308.

(編輯 伍錦花)

Creep behavior of red sandstone under uniaxial cyclic compression and tension loading

ZHAO Baoyun1, 2, LIU Dongyan1, HUANG Wei1, LIU Wei3, HUANG Tianzhu1, CHEN Chao1

(1. School of Civil Engineering and Architecture, Chongqing University of Science and Technology, Chongqing 401331, China; 2. Department of Civil and Environmental Engineering, North Dakota State University, Fargo 58108-6050, United States; 3 No.208 Hydrogeology and Engineering Geology Team, Chongqing Bureau of Geology and Minerals Exploration, Chongqing 400700, China)

To study the creep behavior of sandstone, two constant tension and compression cyclic loading creep tests and an incremental tension and compression cyclic creep test of red sandstone were conducted by using self-made rock leveraged tensile and compressive creep tester. Creep behavior of red sandstone at each stress level was analyzed,and the relationship between creep deformation and cycle times was studied. Relationships between creep parameters and cycle times were also discussed. The results show that deformation of red sandstone at each stress level contains significant instantaneous strain, decay creep strain and steady creep strain. The creep and failure accelerates at 1.19 MPa tensile load. At 50%c?50%tstrength level, the maximum axial strain of sample increases and the maximum lateral strain decreases with the cycle times, and the sample overall presents “shortening” and has no obvious expansion. At 85%c?85%tstrength level, the maximum axial and lateral strain of sample increase with cycle times, and the sample not only presents axial “shortening” but also volume expansion. The sample experiences residual permanent deformation at two different constant stress levels, and the axial and lateral residual permanent strain of the specimen increases with the cycle times at larger stress level, while the lateral strain decreases with cycle times at smaller stress level. Creep value of the sample increases with the increase of the load level, and a certain degree of permanent residual strain is generated. The sample presents the maximum compressive volume strain at compression stress level of 32.59 MPa and then its volume increases gradually. Burgers creep model can better reflect creep behavior of red sandstone under constant cycle loading. After cyclic compression and tension loads for 3?4 times, material properties of rock sample further deteriorate with cycle times and the sample finally presents tensile failure in the fifth cycle time.

rock mechanics; cyclic loading; creep; creep model

10.11817/j.issn.1672?7207.2018.08.028

TU45

A

1672?7207(2018)08?2058?09

2017?08?08；

2017?09?29

國家自然科學基金資助項目(41302223)；重慶市國土資源和房屋管理局科技計劃項目(KJ-2015047)；第三批重慶市高等學校青年骨干教師資助計劃項目(2016)；重慶市基礎與前沿研究計劃項目(cstc2016jcyjA0074, cstc2016jcyjA0933) (Project(41302223) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project (KJ-2015047) supported by the Science and Technology Plan of Chongqing Administration of Land, Resources and Housing; Project(2016) supported by Chongqing No.3 Colleges and Universities Youth Backbone Teachers Funding Plans; Projects(cstc2016jcyjA0074, cstc2016jcyjA0933) supported by Chongqing Research Program of Basic Research and Frontier Technology)

趙寶云，博士，副教授，從事巖石力學與工程等研究；E-mail：baoyun666@163.com