《人工凍土物理力學(xué)性能試驗（第七部分）人工凍土三軸蠕變試驗方法》

ICS73

P70

備案號：MT

中華人民共和國煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

MT/T593.7—200×

代替MT/T593.7-1996

人工凍土物理力學(xué)性能試驗

第7部分：人工凍土三軸蠕變

試驗方法

Artificialfrozensoilphysicsmechanicsperformancetest——

Part7：Artificialfrozensoiltri-axialcreeptestmethod

（送審稿）

××××-××-××發(fā)布××××-××-××實施

國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局發(fā)布

MT/T593.7—200×

II

MT/T593.7—200×

第7部分：人工凍土三軸蠕變試驗方法

1范圍

MT/T593的本部分規(guī)定了人工凍土多試樣和單試樣三軸壓縮蠕變試驗用儀器、設(shè)備，試樣，基本要

求，試驗步驟和計算與繪圖。

本部分適用于軸對稱三向剪切應(yīng)力條件下凍結(jié)原狀土及重塑土蠕變性能的測試和計算。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的條款通過MT/T593的本部分的引用而成為本部分的條款。凡是注日期的引用文件，其

隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本部分，然而，鼓勵根據(jù)本部分達(dá)成協(xié)議

的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本部分。

MT/T593.1人工凍土物理力學(xué)性能試驗第1部分：人工凍土試驗取樣及試樣制備方法

MT/T593.4人工凍土物理力學(xué)性能試驗第4部分：人工凍土單軸抗壓強度試驗方法

MT/T593.5人工凍土物理力學(xué)性能試驗第5部分：人工凍土三軸壓縮強度試驗方法

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

3.1

人工凍土三軸蠕變artificialfrozensoiltri-axialCreep

人工凍土在三向壓縮應(yīng)力不變，且軸向應(yīng)力大于圍壓應(yīng)力條件下，其變形隨時間延長而改變的性質(zhì)。

4試驗用儀器、設(shè)備

4.1低溫三軸蠕變試驗儀（如圖1所示）：最大軸向荷載200kN，圍壓6MPa（適用于土層埋深小于300m）、

12MPa（適用于土層埋深小于700m）及20MPa（適用于土層埋深小于1200m），波動度不超過10kPa。

4.2應(yīng)力及變形測試元件：壓力傳感器（量程0kN～200kN,精度1%）；位移傳感器（軸向量程0mm～

50mm，精度1%；徑向量程0mm～25mm，精度1%）；數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)等。

4.3溫度傳感器：量程-40℃～+40℃，精度0.2℃。

4.4冷卻及溫控設(shè)備等。

4.5試驗用含水率、密度測試裝置。

1

MT/T593.7—200×

1-油缸2-制冷系統(tǒng)3-液壓系統(tǒng)4-支座5-圍壓量測裝置6-體變量測裝置

7-軸壓加載油路8-圍壓加載油路9-軸向位移傳感器10-軸向加載活塞

11-溫度傳感器12-試樣13-保溫層14-軸向壓力傳感器

圖1低溫三軸蠕變試驗儀

5試樣

5.1采用凍結(jié)原狀土試樣或凍結(jié)重塑土試樣，其制備方法按MT/T593.1中6.2.2和6.2.3的規(guī)定進行。

5.2試樣規(guī)格應(yīng)與MT/T593.4所采用的試樣規(guī)格一致。

5.3試樣數(shù)量：5個（多試樣三軸蠕變）或2個（單試樣分級加載三軸蠕變），其中一個試樣用于進行

三軸剪切強度試驗。

6基本要求

6.1試驗應(yīng)在規(guī)定的試驗溫度中進行。

6.2溫度波動度小于等于±0.2℃。

6.3只有一種試驗溫度時，應(yīng)選擇-10℃。若有多種試驗溫度時，其中應(yīng)有-10℃。如果有特殊要求，

可另選試驗溫度。

6.4試驗前各試驗用儀器、設(shè)備應(yīng)校正合格。

7試驗步驟

7.1多試樣分別加載三軸壓縮蠕變試驗

7.1.1核實試樣的來源、編號、密度、含水率和溫度等，并填入附錄A表內(nèi)，檢查試驗用儀器、設(shè)備

及測試系統(tǒng)等。

7.1.2測量試樣尺寸，對凍結(jié)后變形的試樣按規(guī)定要求進行修正，同時稱重并記錄。

7.1.3按MT/T593.5中7.1的規(guī)定，用一個試樣試驗得到瞬時三軸剪切強度。

7.1.4確定合適的蠕變加載系數(shù)ki，并根據(jù)瞬時三軸剪切試驗結(jié)果計算出所需軸向荷載和圍壓，填入

附錄A表內(nèi)。

7.1.5在試樣外套一層乳膠膜，以防含水率變化，將試樣裝在三軸蠕變試驗儀的上下加壓頭之間，。

安裝并連接好壓力量測系統(tǒng)、位移量測系統(tǒng)。

7.1.6施加圍壓，使試樣在規(guī)定圍壓下固結(jié)穩(wěn)定。

7.1.7在恒定圍壓下給試樣迅速加載至所需荷載或應(yīng)力值，同時記錄時間、變形等，并將其數(shù)據(jù)填入

附錄A表內(nèi)，試驗過程中試樣所受應(yīng)力保持穩(wěn)定，波動度不超過±10kPa。

2

MT/T593.7—200×

7.1.8當(dāng)試樣變形已穩(wěn)定（d/dt0.0005h1，Ⅰ類蠕變）24h以上或已破壞（Ⅱ類蠕變）時，測試結(jié)

束。將結(jié)束時的時間和變形記入附錄A表內(nèi)。

7.1.9卸去荷載，取出試樣，描述其破壞情況，填入附錄A表內(nèi)。

7.1.10若需獲得蠕變曲線簇，可根據(jù)需要確定幾個不同的蠕變加載系數(shù)ki，一般ki按0.3、0.4、0.5、

0.7取值。重復(fù)7.1.1、7.1.2和7.1.4～7.1.9規(guī)定的步驟。

7.2單試樣分級加載三軸壓縮蠕變試驗

7.2.1確定各級蠕變加載系數(shù)ki，一般ki按0.3、0.4、0.5、0.7取值。

7.2.2取最小的一級蠕變加載系數(shù)，按7.1.1～7.1.7規(guī)定各步驟進行。

7.2.3測定進行到變形已穩(wěn)定（d/dt0.0005h1，Ⅰ類蠕變）或變形速率趨于常數(shù)

（d2/dt20.0005h2，Ⅱ類蠕變）24h以上（不超過48h），一級蠕變結(jié)束。

7.2.4依次取不同的蠕變加載系數(shù)ki，計算出所需荷載值，重復(fù)7.1.7和7.2.3規(guī)定的步驟。

7.2.5當(dāng)某一級的測試進入第三階段時，不能再進行下一級的加載，可將此級蠕變進行到試樣破壞為

止。

7.2.6按7.1.9規(guī)定的步驟進行。

8計算與繪圖

8.1應(yīng)變計算

8.1.1軸向應(yīng)變計算

………………（）

1h/h01

……………（）

1c1e2

式中：

試樣軸向總應(yīng)變，從對應(yīng)于蠕變開始時計算；

1—

h—試樣軸向變形量，單位為毫米（mm）；

試驗前試樣軸向長度，單位為毫米（）；

h0—mm

試樣軸向蠕變應(yīng)變；

1c—

彈性應(yīng)變（加載過程中瞬時應(yīng)變）。

e—

8.1.2徑向應(yīng)變計算

……………（）

3D/D03

……………（）

3c33e4

式中：

試樣總平均徑向應(yīng)變；

3—

D—試樣徑向總平均變化量，單位為毫米（mm）；

3

MT/T593.7—200×

試驗前試樣平均直徑，單位為毫米（）；

D0—mm

試樣平均徑向蠕變應(yīng)變（從對應(yīng)的軸向蠕變應(yīng)變開始時刻計）；

3c—

試樣加恒定蠕變應(yīng)力后平均瞬時徑向應(yīng)變（與對應(yīng)的瞬時軸向應(yīng)變時間段一致）。

3e—

8.1.3應(yīng)變強度計算

2

…………………（5）

c31c3c

式中：

應(yīng)變強度。

c—

當(dāng)忽略試樣徑向蠕變應(yīng)變：

2

…………（6）

c31c

8.2應(yīng)力計算

8.2.1應(yīng)力強度計算

………（）

137

式中：

—應(yīng)力強度，單位為兆帕（MPa）；

軸向主應(yīng)力，單位為兆帕（）；

1—MPa

徑向主應(yīng)力，單位為兆帕（）。

3—MPa

8.2.2應(yīng)力強度取值

…………（）

ikib8

式中：

第級蠕變應(yīng)力強度取值，單位為兆帕（）；

i—iMPa

加載系數(shù)；

ki—

試樣瞬時應(yīng)力強度，單位為兆帕（）。

b—MPa

8.3蠕變數(shù)學(xué)模型及繪圖

根據(jù)三軸壓縮蠕變數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的蠕變數(shù)學(xué)模型：

……………………（）

cf(T,,t)9

式中：

T—試驗溫度，單位為攝氏度（℃）；

t—蠕變時間，單位為小時（h）。

采用冪函數(shù)描述人工凍土蠕變數(shù)學(xué)模型如下：

4

MT/T593.7—200×

A

0BC…………………（）

cDt10

T1

式中：

試驗確定的常數(shù)；

A0—

B—試驗確定的應(yīng)力影響無量綱常數(shù)；

C—試驗確定的時間影響無量綱常數(shù)；

D—試驗確定的溫度影響無量綱常數(shù)；

求出對應(yīng)的蠕變常數(shù)，繪出三軸壓縮蠕變曲線，填入附錄A表內(nèi)。

5

MT/T593.7—200×

附錄A

（規(guī)范性附錄）

人工凍土三軸蠕變試驗成果表

1.蠕變曲線：

試驗前試樣高度

h0=mm

20

試驗前試樣直徑18

D0=mm

16

試驗前試樣截面積214

A0=mm

12

10

試驗重量W0=g

蠕8

試驗前試樣含水率變6

=%/

%

4

試驗前試樣密度3