The creep property of salt rock significantly influences the long-term stability of the salt rock underground storage. Triaxial creep tests were performed to investigate the creep behavior of salt rock. The test results indicate that the creep of salt rock has a nonlinear characteristic, which is related to stress level and creep time. The higher the stress level, the longer the creep time, the more obvious the nonlinear characteristic will be. The elastic modulus of salt rock decreases with the prolonged creep time, which shows that the creep damage is produced for the gradual expansion of internal cracks, defects, etc., causing degradation of mechanical properties; meanwhile, the creep rate of salt rock also decreases with the prolonged creep time in the primary creep stage, which indicates that the mechanical properties of salt rock are hardened and strengthened. That is to say, damage and hardening exist simultaneously during the creep of salt rock. Both the damage effect and the hardening effect are considered, an improved Maxwell creep model is proposed by connecting an elastic body softened over time with a viscosity body hardened over time in series, and the creep equation of which is deduced. Creep test data of salt rock are used to evaluate the reasonability and applicability of the improved Maxwell model. The fitting curves are in excellent agreement with the creep test data, and compared with the classical Burgers model, the improved Maxwell model is able to precisely predict the long-term creep deformation of salt rock, illustrating our model can perfectly describe the creep property of salt rock.
The stress environment of deep rock masses is complex. Under the action of earthquakes or blasting, the strength and stability of anchored rock masses in fracture zones or faults are affected. To explore the variation in anchored rock masses under creep-fatigue loading, shear creep comparative testing of anchored marble specimens with or without fatigue loading is performed. Considering the damage variable of rock under fatigue loading, a rheological model is established to characterize the whole shear creep process of anchored rock masses under creep-fatigue loading. The results show that (1) the overall deformation of marble under creep-fatigue loading is larger than that under only shear creep loading, and the average deformation is increased by 18.3%. (2) By comparing the creep curves with and without fatigue loading, the two curves basically coincide when the first level stress is applied, and the two curves are stable with the increase in stress level. The results show that the strain difference among the specimens increases gradually in the steady-state stage and reaches the maximum at the fourth level. (3) The shear creep is described by considering the creep mechanical properties of anchored rock masses under fatigue loading. The accuracy of this creep-fatigue model is verified by laboratory tests, and the applicability of the model is illustrated by the fitting parameter R2. The proposed model provides a theoretical basis for the study of anchored rock masses under low-frequency earthquakes or blasting and new methods for the stability and reinforcement of rock masses.
The long-term stability of rock engineering is significantly affected by the time-dependent deformation behavior of rock, which is an important mechanical property of rock for engineering design. Although the hard rocks show small creep deformation, it cannot be ignored under high-stress condition during deep excavation. The inner mechanism of creep is complicated, therefore, it is necessary to investigate the relationship between microscopic creep mechanism and the macro creep behavior of rock. Microscopic numerical modeling of sandstone creep was performed in the investigation. A numerical sandstone sample was generated and Parallel Bond contact and Burger's contact model were assigned to the contacts between particles in DEM simulation. Sensitivity analysis of the microscopic creep parameters was conducted to explore how microscopic parameters affect the macroscopic creep deformation. The results show that the microscopic creep parameters have linear correlations with the corresponding macroscopic creep parameters, whereas the friction coefficient shows power function with peak strength and Young's modulus, respectively. Moreover, the microscopic parameters were calibrated. The creep modeling curve is in good agreement with the verification test result. Finally, the creep curves under one-step loading and multi-step loading were compared. This investigation can act as a helpful reference for modeling rock creep behavior from a microscopic mechanism perspective.
Wang, Jun-Bao;Liu, Xin-Rong;Liu, Xiao-Jun;Huang, Ming
Geomechanics and Engineering
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v.7
no.5
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pp.569-587
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2014
Triaxial compression creep tests were performed on salt rock samples using cyclic confining pressure with a static axial pressure. The test results show that, up to a certain time, changes in the confining pressure have little influence on creep properties of salt rock, and the axial creep curve is smooth. After this point, the axial creep curve clearly fluctuates with the confining pressure, and is approximately a straight line both when the confining pressure decreases and when it increases within one cycle period. The slope of these lines differs: it is greater when the confining pressure decreases than when it increases. In accordance with rheology model theory, axial creep equations were deduced for Maxwell and Kelvin models under cyclic loading. These were combined to establish an axial creep equation for the Burgers model. We supposed that damage evolution follows an exponential law during creep process and replaced the apparent stress in creep equation for the Burgers model with the effective stress, the axial creep damage equation for the Burgers model was obtained. The model suitability was verified using creep test results for salt rock. The fitting curves are in excellent agreement with the test curves, so the proposed model can well reflect the creep behavior of salt rock under low-frequency cyclic loading. In particular, it reflects the fluctuations in creep deformation and creep rate as the confining pressure increasing and decreasing under different cycle periods.
Burger's model was used to analyze creep characteristics of unconsolidated rock. Burger's model should determine four physical parameters from two pairs of data. In this study, physical parameters of Burger's model were determined by applying mathematical concept solution. Creep was accelerated for three years using the determined physical parameters of the Burger's model for unconsolidated rocks. As a result, the creep behavior showed a continuous deformation behavior without convergence. Therefore, in this mine, it is analyzed that the application of U-Beam is more appropriate than roofbolt in terms of stability.
The time-dependent behaviour of rock is very important characteristics which can be utilized as basic input data for underground mine design or in predicting a long-term stability of underground rock mass structures. In this study, creep tests under uniaxial compression were carried out for the granite specimens sampled in Gagok Mine. Burgers model, Griggs and Singh creep laws were used to simulate the measured creep strain. Through comparing the measured creep behaviour with the approximated creep behaviors from Burgers model, Griggs and Singh creep laws, it is shown that Griggs creep law results in the best approximation of granite in Gagok Mine.
In this paper, the creep behavior of bolted rock was analyzed by using the unconfined creep tests and the numerical results. Based on the test results, the Bolted Burgers creep model (B-B model) was proposed to clarify the creep mechanism of rock mass due to rock bolts. As to the simulation of the creep behaviour of bolted rock, a new user-defined incremental iterative format of the B-B model was established and the open-source $FLAC^{3D}$ code was written by using the object-oriented language (C++). To check the reliability of the present B-B creep constitutive model program, a numerical model of a tunnel with buried depth of 1000 m was established to analyze the creep response of the tunnel with the B-B model support, the non-support and the bolt element support. The simulation results show that the present B-B model is consistent with the calculated results of the inherent bolt element in $FLAC^{3D}$, and the convergence deformation can be more effectively controlled when the proposed B-B model is used in the $FLAC^{3D}$ software. The big advantage of the present B-B creep model secondarily developed in the $FLAC^{3D}$ software is the high computational efficiency.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.3
no.2
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pp.33-56
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2001
It is well known fact that all rocks exhibit brittle properties and time depends strain properties (creep). An understanding of the time dependent deformation behaviour of rocks is believed to be essential in the field of civil and tunnelling. The rock and concrete creep in various forms of loading conditions and physical environment are reviewed. A comparison of creep behaviour between rocks and concrete is provided, in order to bring two existing relatively independent methods of predicting creep strain closer together. It was felt that the physical process in the creep of rocks would be similar to the process in creep of concrete. Since experiments and observations have shown that non-elastic (creep) mechanical behaviour of all crystalline solids (i.e., concrete, rocks, ceramics and refractories) and single materials have a common base. Also a comparison of the results for the accepted methods of estimating creep in rocks and concrete under - multiaxial loading was attempted to extend the knowledge of deformational characteristics of these two materials.
Hu, Bin;Wei, Er-Jian;Li, Jing;Zhu, Xin;Tian, Kun-Yun;Cui, Kai
Geomechanics and Engineering
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v.27
no.5
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pp.527-535
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2021
The creep characteristics of rock is of great significance for the study of long-term stability of engineering, so it is necessary to carry out indoor creep test and creep model of rock. First of all, in different water-bearing state and different positive pressure conditions, the granite is graded loaded to conduct indoor shear creep test. Through the test, the shear creep characteristics of granite are obtained. According to the test results, the stress-strain isochronous curve is obtained, and then the long-term strength of granite under different conditions is determined. Then, the fractional-order calculus software element is introduced, and it is connected in series with the spring element and the nonlinear viscoplastic body considering the creep acceleration start time to form a nonlinear viscoplastic creep model with fewer elements and fewer parameters. Finally, based on the shear creep test data of granite, using the nonlinear curve fitting of Origin software and Levenberg-Marquardt optimization algorithm, the parameter fitting and comparative analysis of the nonlinear creep model are carried out. The results show that the test data and the model curve have a high degree of fitting, which further explains the rationality and applicability of the established nonlinear visco-elastoplastic creep model. The research in this paper can provide certain reference significance and reference value for the study of nonlinear creep model of rock in the future.
In order to get the information of the deformational behavior of rock masses with time in waste disposal repository, it is necessary to measure the relationships between stress and strain and time for temperature. A creep law is used in conjunction with the elastic moduli to calculate stress and displacement following waste emplacement. Exponential-time law's parameters consist of stress and temperature. In this study, thermal creep test was carried out for Whangdeung granite. The measured creep deformation behavior was well explained by exponential time law and generalized Kelvin's rheological model. Mechanicla coefficients for exponential-time creep law showed the clear tendency of temperature dependent while those for Kelvein's model didn't.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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