<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Mater.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Materials</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Mater.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-8016</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">1286197</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fmats.2023.1286197</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Materials</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>An elastic-viscoplastic creep model for describing creep behavior of layered rock</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Li et al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3389/fmats.2023.1286197">10.3389/fmats.2023.1286197</ext-link>
</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Yukun</given-names>
</name>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/data-curation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Shen</surname>
<given-names>Mingxuan</given-names>
</name>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Du</surname>
<given-names>Bin</given-names>
</name>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2425204/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/funding-acquisition/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/resources/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/supervision/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Yuan</surname>
<given-names>Shisong</given-names>
</name>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2435323/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff>
<institution>College of Civil Engineering</institution>, <institution>Guizhou University</institution>, <addr-line>Guiyang</addr-line>, <addr-line>Guizhou</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2380146/overview">Zhongya Zhang</ext-link>, Chongqing Jiaotong University, China</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2428706/overview">Lei Zhao</ext-link>, Guizhou Communications Polytechnic, China</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2321402/overview">Shaoyun Pu</ext-link>, Shaoxing University, China</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2429165/overview">Jinyu Jiang</ext-link>, Ningbo University, China</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Bin Du, <email>bindu1982@163.com</email>
</corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>13</day>
<month>11</month>
<year>2023</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2023</year>
</pub-date>
<volume>10</volume>
<elocation-id>1286197</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>31</day>
<month>08</month>
<year>2023</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>13</day>
<month>10</month>
<year>2023</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2023 Li, Shen, Du and Yuan.</copyright-statement>
<copyright-year>2023</copyright-year>
<copyright-holder>Li, Shen, Du and Yuan</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>To describe the full-stage creep behavior of layered rock accurately, a new elastic-viscoplastic creep model is proposed based on fractional order theory in this manuscript, which consists of a Hooke elastomer, a fractional Abel dashpot, a Kelvin body, and a new non-linear visco-plastic component. The non-linear creep model can not only describe the changes in three creep stages (primary creep, steady-state creep and accelerating creep) but also reflect the influence of different bedding angles of rock. The constitutive equations of the non-linear creep model are deduced by the empirical model method and plastic theory method, respectively. The parameters of the non-linear creep model are identified using the Levenberg-Marquardt algorithm from Origin. It shows that the creep model in this paper are highly consistent with the experimental data under different load levels, creep stages and bedding angles, and the accuracy and rationality of the model are verified. Moreover, the creep constitutive equations for layered rock derived by the two methods have the same fitting effect on the same set of experimental data.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>layered rock</kwd>
<kwd>elastic-viscoplastic creep</kwd>
<kwd>constitutive model</kwd>
<kwd>fractional calculus</kwd>
<kwd>non-linear analysis</kwd>
</kwd-group>
<contract-sponsor id="cn001">National Natural Science Foundation of China<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100001809</named-content>
</contract-sponsor>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Structural Materials</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>Rock rheology refers to the continuous adjustment and recombination of rock and mineral fabric (skeleton) with the growth of time, resulting in the continuous increase and change of its stress and strain state with time (<xref ref-type="bibr" rid="B31">Sun, 2007a</xref>). The rheology of rock includes creep, stress relaxation and elastic aftereffects. Especially, the creep characteristics of rock are of great significance to the stability of rock engineering, and the research on this aspect is also of great significance and engineering application value. The study of creep characteristics of rock began in the 1930s, Griggs (<xref ref-type="bibr" rid="B13">Griggs, 1939</xref>) carried out a series of creep tests on rocks such as limestone, shale and sandstone in 1939, and concluded that rock creep occurs when the load reaches 12.5%&#x2013;80.0% of its compressive strength. Several elasto-viscoplastic creep models have been proposed that can well describe the time-dependent behavior of rock under certain conditions (<xref ref-type="bibr" rid="B39">Wu et al., 2018</xref>; Brantut et al., 2013; Sone et al., 2014; Xia et al., 2009). In general, the classical rock rheological model theory is mainly limited to linear rheological problems, and there are two main methods to describe non-linear rheological problems of rock. The first method is to replace the linear model theory with a new non-linear rheological theory completely, such as internal time theory, fracture and damage mechanics theory, etc. The other method is to improve the classical model theory by using non-linear components (non-linear spring or non-linear dashpot) instead of linear elements.</p>
<p>The component model is widely used because of its intuitive concept and clear meaning. Classical component combination models include the Maxwell model, Kelvin model, Poyting-Thomson model, Burgers model and Nishihara model. However, the basic element of the classical model is linear, it is still linear whether connection in series or parallel, and can not describe the non-linear creep characteristics of the rock in the accelerating stage. Therefore, establishing a creep model which can describe the non-linear characteristics of the rock creep process has always been a hot and difficult point in the theoretical research of rock mechanics. In the present research, scholars (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Cheng et al., 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B27">Shan et al., 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B35">Wang and Wan, 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B41">Yang and Jiang, 2022</xref>) having been established different non-linear creep models by introducing creep damage theory (<xref ref-type="bibr" rid="B30">Shen et al., 2023a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B46">Zhang et al., 2022a</xref>) and fractional calculus theory. The constitutive model based on fractional calculus theory with fewer parameters and better fitting effect has been widely applied in rock rheological mechanics. A classical example is Koeller (<xref ref-type="bibr" rid="B16">Koeller, 1984</xref>) used Riemann&#x2013;Liouville (R-L) fractional dashpot to replace the traditional Newtonian dashpot in the component model in 1978. The R-L type (<xref ref-type="bibr" rid="B52">Zhou et al., 2018</xref>) or Caputo type (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Liu et al., 2020</xref>) fractional order calculus theory is used to construct fractional dashpot to replace the traditional Newtonian dashpot in the element model, and to establish a creep model that can describe the three stages (primary creep, steady-state creep and accelerating creep) of rock creep. However, it lacks physical significance in the accelerating creep, and it can not well characterize the internal mechanism of accelerating creep of rock. Therefore, damage factors were introduced to describe the accelerating creep of rock, and establish an elasto-viscoplastic creep model reflecting the complete creep process of rock by combining fractional calculus theory and damage theory (<xref ref-type="bibr" rid="B9">Deng et al., 2022</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B28">Shen et al., 2022</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B39">Wu et al., 2018</xref>) becoming a relatively popular study method. In addition, scholars have study the mechanical characteristics about the concrete-rock combination (<xref ref-type="bibr" rid="B28">Shen et al., 2022</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B48">Zhang et al., 2019</xref>) and other interface (<xref ref-type="bibr" rid="B29">Shen et al., 2023b</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B49">Zhang et al., 2023</xref>). By comparing the creep model established by fractional calculus theory, it is based on the assumption that there are two stages (hardening and damage) in the creep of rock, and with clear physical significance for describing the accelerating creep stage. However, due to various ways of defining damage factors and increasing model parameters, the calculation is inconvenient.</p>
<p>There are abundant of achievements on creep characteristics for common rock, but few studies on creep characteristics for layered rock. In the basic mechanics study area, Ramamurthy (<xref ref-type="bibr" rid="B25">Ramamurthy, 1993</xref>) carried out a study on the physical and mechanical properties of rock with different bedding angles, explored the anisotropy law of strength and deformation. Yong (<xref ref-type="bibr" rid="B44">Yong Tsao, 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B45">Yong, 2001</xref>) studied the effect of the bedding angle on the strength and elastic modulus for layered rock, proposed corresponding damage guidelines. Fortsakis (<xref ref-type="bibr" rid="B12">Fortsakis et al., 2012</xref>) modeled the bedding as separate units and the rock masses as anisotropic materials to investigate the differences in the analysis of isotropic, anisotropic and transverse isotropic analysis methods. Studies has also shown the influence of bedding angles in the basic mechanical properties for layered rock (<xref ref-type="bibr" rid="B5">Celleri et al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B6">Chang et al., 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Hb et al., 2003</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B26">Saeidi et al., 2014</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B38">Wu et al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B42">Yang et al., 2021</xref>). In the experimental creep study, Dubey (<xref ref-type="bibr" rid="B10">Dubey and Gairola, 2008</xref>) investigated the creep properties of salt rocks containing horizontal, vertical and diagonal laminations at different stress levels by uniaxial compression creep tests, and noted that the higher the stress level, the less the laminations affected the anisotropy of the creep properties of salt rocks. In recent years, some scholars (<xref ref-type="bibr" rid="B15">Hu et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B21">Liu et al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B40">Xu et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B47">Zhang et al., 2021</xref>) have also studied the anisotropic creep law of layered rock by uniaxial compression creep tests and triaxial compression creep tests. In addition, the creep properties of layered rock under the coupling of multiple factors have been studied (<xref ref-type="bibr" rid="B33">Tang et al., 2018</xref>). In the study of creep constitutive model for layered rock, an approach is to inductively derive an empirical model from experimental phenomena (<xref ref-type="bibr" rid="B23">Park et al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B50">Zhang et al., 2022b</xref>). It is based on the assumption of constant volume modulus, then to establish a creep constitutive model by identifying the creep parameters in different directions as different mutually independent values. Another approach is the plasticity theory model by assumption of Poisson&#x2019;s ratio constant (<xref ref-type="bibr" rid="B2">Aravas et al., 1995</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B17">Kou et al., 2023</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B37">Wang et al., 2018</xref>), which to establish the three-dimensional creep constitutive model for transverse isotropic rock by using the transverse isotropic flexibility matrix replace the isotropic flexibility matrix.</p>
<p>Based on the above analysis, the creep mechanics properties of rock has been widely studied, but less for layered rock. Therefore, a non-linear fractional creep model for layered rock was established in this manuscript by introducing a non-linear Abel dashpot. The model connected the Hooke body, non-linear Abel dashpot body, linear Kelvin body and non-linear viscoplastic body in series. Further more, the non-linear elastic-viscoplastic creep constitutive equations for layered rock were derived. A practical method for model parameters identification is proposed, and finally the accuracy and applicability of the model is verified by using different rock compression creep test data from relevant literature.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Rock creep processes and basic mechanical models</title>
<p>The typical creep curve of rock is shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>. The <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is strain curve, and the <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is strain rate curve, stage I, II, III is the primary creep, steady-state creep and accelerating creep, respectively.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Three stages of the typical creep curve.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-10-1286197-g001.tif"/>
</fig>
<p>When a load is applied, the rock then undergoes a transient elastic creep in section <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Continuing to loading, the rock enters primary creep in the <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> section, which exhibits a non-linear viscoelastic character. With increasing loading stress, the rock then undergoes steady-state creep in the <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m5">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> section, which exhibits an approximately linear viscoelastic-viscoplastic character. When the loading stress level exceeds the long-term strength of the rock, the rock undergoes primary creep, steady-state creep and then enters the accelerating creep phase in the <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> section until creep damage. Thus, the basic equation for the variation of rock creep strain with time can be expressed as<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Where <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are elastic strain, viscoelastic strain and viscoplastic strain, respectively.</p>
<p>In rheological theory, a rock creep model should be able to characterise the processes of decay creep, steady-state creep and accelerating creep, and reflect the creep characteristics of the rock at different stress levels. The basic units of the rheological model are generally divided into elastic, plastic and viscous elements, and the mechanical model of the three basic units is shown in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>.</p>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>The basic mechanical components.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="center">Name</th>
<th align="center">Diagram</th>
<th align="center">Constitutive equation</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="center">Hooke elastomer</td>
<td align="center">
<inline-graphic xlink:href="FMATS_fmats-2023-1286197_wc_tfx1.tif"/>
</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Plastic body</td>
<td align="center">
<inline-graphic xlink:href="FMATS_fmats-2023-1286197_wc_tfx2.tif"/>
</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Newtonian dashpot</td>
<td align="center">
<inline-graphic xlink:href="FMATS_fmats-2023-1286197_wc_tfx3.tif"/>
</td>
<td align="center">
<inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>As the intrinsic relationships of the basic components are linear, the various classical rheological models, such as the Maxwell, Kelvin, Burgers and Nishihara models (<xref ref-type="bibr" rid="B4">Behbahani et al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B11">Feng, 2021</xref>), which consist of basic components connected in series or parallel, are also linear in nature.</p>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Establishment of elastic-viscoplastic creep model</title>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 Plastic body elements based on fractional order derivatives</title>
<sec id="s3-1-1">
<title>3.1.1 Definition of fractional calculus</title>
<p>Fractional order calculus is an extension of integer order calculus. Since the 1990s, the theory and methods of fractional order calculus have been widely applied to various fields of the natural and social sciences. In the area of viscous fluid mechanics, the introduction of fractional order calculus theory allows for more realistic theoretical models to be developed in the study of mechanical physical problems associated with real fluids, leading to accurate conclusions. The Riemann&#x2013;Liouville (R-L) type fractional order calculus is commonly used in the theory of rock rheology studies (<xref ref-type="bibr" rid="B52">Zhou et al., 2018</xref>), but its fractional order derivatives are hyper-singular and limited in applications in engineering and technology and in physical modeling. In this paper, we use a theory of fractional order derivatives with weak singular properties proposed by the Italian geophysicist Caputo. The Caputo fractional order derivative solves the fractional order initial value problem in the definition of R-L type fractional order calculus and has been widely used in the modeling process of many practical application problems (<xref ref-type="bibr" rid="B20">Liu et al., 2021</xref>). The definition of Caputo fractional order derivative is<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:mmultiscripts>
<mml:msubsup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mprescripts/>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mmultiscripts>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the smallest integer greater than or equal to <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m15">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is an integral variable of <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> th order derivative of function <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is Gamma function, defined as<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>Re</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The Caputo fractional operator is shown in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">5</xref>:<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:mmultiscripts>
<mml:msubsup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mprescripts/>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mmultiscripts>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:msup>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The Laplace transform formula for the Caputo fractional order derivative is<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mmultiscripts>
<mml:msubsup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mprescripts/>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mmultiscripts>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the Laplace transform operator of the function <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s3-1-2">
<title>3.1.2 Establishment of fractional order viscoelastic and viscoplastic bodies</title>
<p>The theory of fractional order calculus is applied to the traditional Newtonian dashpot to construct a fractional dashpot, called the Abel dashpot. As shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>:</p>
<p>Define the stress-strain equation for the Abel dashpot as<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Where &#x3b7; is the viscosity coefficient; <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the axial stress and <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m29">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the axial strain.</p>
<p>When <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> representing linear elastomer, namely, Hooke elastomer; When <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> corresponding to Newtonian dashpot and satisfying the ideal fluid. So, the physical meaning of Abel dashpot can be defined as a fluid element between Hooke elastomer and Newtonian body.</p>
<p>In the study of rock creep mechanics, <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">7</xref> is integrated with Caputo fractional operator, and the creep equation of fractional Abel dashpot can be expressed as<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>For Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">8</xref>, if <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a constant, select <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m35">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to draw the figure of strain time as follows:</p>
<p>As shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figures 2</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F3">3</xref>, the growth rate of <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is variate non-linear follow <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Combining with <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>, the constitutive relationship curves of Abel dashpot can be used to describe the typical creep properties of the rock. When the stress level is below the long-term strength of the rock, the decay creep stage can be characterized by Abel daspot with <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. When the stress level exceed the long-term strength of the rock, the accelerating creep stage can be characterized by Abel despot with <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Therefore, the Abel dashpot body is introduced by paralleling with the friction plate to construct a fractional order viscoplastic body, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>. The stress relationship of fractional order plastic body as:<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>
</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>
<inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-10-1286197-g002.tif"/>
</fig>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>
<inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m43">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-10-1286197-g003.tif"/>
</fig>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>The six-element non-linear elastic-viscoplastic creep model.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-10-1286197-g004.tif"/>
</fig>
<p>Substituting Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">7</xref> into Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">9</xref>, the fractional order viscoplastic body creep constitutive relationship as:<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m45">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the viscosity coefficient of the viscoplastic body, and <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the long-term strength of the rock.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>3.2 Elastic-viscoplastic creep model</title>
<sec id="s3-2-1">
<title>3.2.1 The elastic-viscoplastic creep model and one-dimensional creep equation</title>
<p>Based on fractional order calculus theory and Boltzmann superposition principle, a six-element non-linear elastic-viscoplastic creep model is proposed as shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref> in this paper. The model consists of a Hooke elastomer, an Abel dashpot body, a Kelvin body, and a fractional order viscoplastic body in series. In this case, the instantaneous creep of the rock is characterized by Hooke elastomer. The non-linear decay creep is characterized by the Abel dashpot body. The steady-state creep is approximated by a constant strain with time, as <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the slope of the strain-time curve <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac bevelled="true">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the constitutive relationship for this stage is described by the conventional linear Kelvin body. Finally, the accelerating creep stage is described by the fractional order viscoplastic body.</p>
<p>According to the series-parallel law for the combined element model, when the stress is a constant, the stress-strain relationship for the six-element non-linear elastic-viscoplastic creep model as the following equation shows:<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the stress of Hooke elastomer, Abel dashpot body, Kelvin body and fractional order viscoplastic body, respectively. <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the strain of Hooke elastomer, Abel dashpot body, Kelvin body and fractional order viscoplastic body, respectively.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>(i) When <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, there is only transient elastic creep, decay creep and steady-state creep in the rock, no accelerating creep has occurred, and only Hooke elastomer, Abel dashpot, kelvin body at work, the stress-strain relationship of the model equation is</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The creep equation of the Hooke elastomer and Abel dashpot body is<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>For kelvin body, according to the parallel law, there is<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>So, the creep constitutive equation of kelvin body is<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m56">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Solve Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e15">15</xref>, obtain the creep equation of the linear kelvin body is<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m57">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is strain, <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m59">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is elastic modulus and viscosity coefficient, respectively.</p>
<p>Substituting Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">13</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">16</xref> into Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">12</xref>, access the equation of <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>(ii) When <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the rock undergoes accelerating creep and the fractional order viscoplastic body is added to the work, the stress-strain relationship of the model is given by</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Combining Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">10</xref>, Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">13</xref> and Eq.<xref ref-type="disp-formula" rid="e16">16</xref> and substituting them into Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">18</xref>, access the equation of <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In summary, the non-linear creep equation for rock in a one-dimensional stress state is as follows:<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s3-2-2">
<title>3.2.2 Three-dimensional creep equation</title>
<p>In geotechnical engineering, rocks are often in a complex three-dimensional stress state. Therefore, in order to reflect the creep properties of rocks in geotechnical engineering more accurately, the three-dimensional creep constitutive equation should be adopted. According to the theory of elasticity, the internal stress tensor <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m67">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of rock can be decomposed into a spherical stress tensor <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and deviatoric stress tensor <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> under the condition of the three-dimensional stress. Similarly, the total strain tensor <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of rock can be decomposed into a spherical strain tensor <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and a deviatoric strain tensor <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m72">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and their constitutive relationship can be expressed, respectively, as follow:<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the Kronecker delta. The relationship between different stress tensors and strain tensors is as follows:<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Under the condition of the three dimensional stress, assuming the total strain of the non-linear creep model is <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the strain of Hooke elastomer, Abel dashpot body, Kelvin body and fractional order viscoplastic body, respectively. Based on the theoretical superposition principle of the component combination model, the relationship of strain is<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In rock creep tests, when the first order stress level applied is less than the long-term strength of the rock, the rock develops transient strain rapidly, and the constitutive relationship at this stage can be described by a Hooke elastomer.</p>
<p>For the Hooke elastomer, the elastic constitutive relation can be expressed by Hooke&#x2019;s Law as<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the shear modulus and bulk modulus, respectively. The relationship between the shear modulus <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m85">
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, bulk modulus <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, elastic modulus <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and Poisson`s ratio <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of soil is<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Hence, the strain of the Hooke elastomer can be written as<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>When the stress keep loading, the rock enters a non-linear decay creep phase, which is described by the Abel dashpot in this paper, and the three-dimensional creep constitutive equation as:<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Then, the rock will undergo steady-state creep, use the conventional linear Kelvin body to describe this phase of the rock creep process in this paper. Assuming that the volume change is elastic and the rheological properties are mainly in terms of shear deformation (<xref ref-type="bibr" rid="B32">Sun, 2007b</xref>), the three-dimensional creep constitutive equation is<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m92">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the shear modulus and viscosity coefficient of the Kelvin body, respectively.</p>
<p>When the stress deviator tensor <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, significant plastic deformation occurs, and the rock enters a phase of accelerating creep until it breaks down.</p>
<p>In a three-dimensional stress state, when stress exceeds the viscoplastic yield surface, a viscoplastic strain will be generated. Based on Perzyna&#x2019;s limit stress flow law (<xref ref-type="bibr" rid="B24">Perzyna, 1966</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B3">Aydan, 2016</xref>), the three-dimensional creep equation for fractional order viscoplastic body in the accelerating creep phase can be obtained as<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the power function, <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m98">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m99">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the plastic potential function. <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m100">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2022;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is switch function, expressed as:<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2329;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x232a;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>
<inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the rock yield function. <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m103">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the initial value of the rock yield function, generally taken as <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m104">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B1">Al-Rub et al., 2013</xref>). The exponent <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a constant and generally taken as <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m106">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
<p>Combining Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">26</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e30">30</xref> into Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">23</xref>, obtain the three-dimensional creep equation as follow<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The classical rock strength criterion includes Mohr-coulomb criterion, Tresca criterion, Von-Mises criterion and Drucker-Prager criterion, et al. However, the Mohr-coulomb and Tresca criterion considers only the maximum and minimum principal stress of the three principal stresses and does not consider the effect of intermediate principal stresses in the material. The Von-Mises criterion does not consider the effect of hydrostatic pressure on yielding and damage. The Drucker-Prager yield criterion improves the corner singularity problem of the Mohr-Coulomb criterion, and is also suitable for describing the yield behavior of rock materials. Therefore, the Drucker-Prager criterion is chosen as the yield criterion for rock creep analysis in this paper. In creep deformation, the creep yield deformation of rock materials mainly results from the deviator stress tensor, and the spherical stress tensor has little effect on yield deformation (<xref ref-type="bibr" rid="B51">Zheng and Kong, 2006</xref>), which is defined by<disp-formula id="e32">
<mml:math id="m108">
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(32)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m109">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the second deviatoric stress tensor invariant. The tested material is suitable for the associated flow rule when <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m110">
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B22">Moghadam et al., 2013</xref>).</p>
<p>In the true triaxial stress environment, the rock is stressed from three directions, and there is<disp-formula id="e33">
<mml:math id="m111">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(33)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Considering the triaxial creep experiment in the normal triaxial stress status, i.e., &#x3c3;1 &#x3e;&#x3c3;2 &#x3d; &#x3c3;3, we can obtain<disp-formula id="e34">
<mml:math id="m112">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(34)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Substituting Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="e32">32</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e34">34</xref> into Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e31">31</xref>, the full-stage creep strain under the three-dimensional stress state is obtained as follows:<disp-formula id="e35">
<mml:math id="m113">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(35)</label>
</disp-formula>Where <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m114">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the vertical strain of the sample under constant stress.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3-3">
<title>3.3 Non-linear creep model for layered rock</title>
<p>Due to the existence of weak bedding planes, layered rock often shows obvious anisotropy characteristic, specifically transverse isotropic characteristics. According to the results of tests in the available literature (<xref ref-type="bibr" rid="B15">Hu et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B21">Liu et al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B40">Xu et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B47">Zhang et al., 2021</xref>), the angle of the laminae has a large influence on the creep properties of the rock. For transverse isotropic material creep models, the research literature (<xref ref-type="bibr" rid="B37">Wang et al., 2018</xref>) is divided into two main types, namely, empirical models generalized by experiment and theoretical models resolved by plasticity theory. Based on the viscoelastic-plastic creep model established in this paper, the empirical model method and the plasticity theory analytical method are used to derive the intrinsic constitutive equations of the creep model for layered rock, and the relevant experimental data are used for comparative analysis and verification.</p>
<sec id="s3-3-1">
<title>3.3.1 Creep equation of empirical model</title>
<p>The establishment method of the empirical model for layered rock creep is based on the model of isotropic materials. The creep equation of layered rock is derived by introducing the influence of laminae on the mechanical properties of rock creep. For example, Tang (<xref ref-type="bibr" rid="B33">Tang et al., 2018</xref>) gave the relationship between the elastic modulus, creep rate and bedding angle at the same moisture content by uniaxial compression creep test as<disp-formula id="e36">
<mml:math id="m115">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:munder>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:munder>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(36)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m116">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a fitting coefficient, <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the bedding angle.</p>
<p>The paper introduces functional expressions of elastic modulus and creep rate, and proposes a one-dimensional creep constitutive equation for layered shale based on the Burgers model. However, the creep model for the accelerating creep stage was not given in that paper. Wang (<xref ref-type="bibr" rid="B36">Wang, 2020</xref>) obtained the anisotropic characteristics of long-term strength, peak strength and elastic modulus of sandstones with different bedding angles by triaxial creep tests.</p>
<p>In this paper, based on the research, the non-linear elastic-viscoplastic whole process creep equation for layered rock is derived analogously from the isotropic rock material creep model constitutive equation. The one-dimensional creep equation of the elastic-viscoplastic creep of layered rock is<disp-formula id="e37">
<mml:math id="m118">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(37)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m119">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is bedding angle, and the diagram of bedding angle is shown in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>. <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m120">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the functions of the effect of changes in bedding angle on the elastic modulus, viscosity coefficient and long-term strength of rock, respectively.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Diagram of bedding angle.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-10-1286197-g005.tif"/>
</fig>
<p>Accordingly, with reference to the derivation of the three-dimensional creep equation for isotropic rock materials, the three-dimensional creep equation of the elastic-viscoplastic creep of layered rock is<disp-formula id="e38">
<mml:math id="m121">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(38)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s3-3-2">
<title>3.3.2 Creep equation based on plastic theory</title>
<p>The plasticity theory analytical method based on the assumption of constant Poisson&#x2019;s ratio (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Dathe et al., 2001</xref>). It is assumed that Poisson&#x2019;s ratio does not change with time and stress, and is equivalent to the value of elastic stage, <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m122">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Based on the creep constitutive equation established under one-dimensional condition, the equation can be extended from one-dimensional stress state to three-dimensional. Let the creep compliance <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m123">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e20">20</xref> is given as:<disp-formula id="e39">
<mml:math id="m124">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(39)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Then, Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e20">20</xref> can be described as<disp-formula id="e40">
<mml:math id="m125">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(40)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>For isotropic rock, the creep compliance substitution method can be used to obtain the basic form of the three-dimensional creep equation of rock as follows (<xref ref-type="bibr" rid="B18">Li et al., 2021</xref>):<disp-formula id="e41">
<mml:math id="m126">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(41)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m127">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is Poisson&#x2019;s ratio matrix for isotropic material; <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m128">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m129">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are strain tensor and stress tensor, respectively.</p>
<p>For Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e41">41</xref>, scholars (<xref ref-type="bibr" rid="B2">Aravas et al., 1995</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B17">Kou et al., 2023</xref>) have carried out a detailed solution, which is not repeated in this paper. Based on the creep constitutive model established in this paper, the three-dimensional creep constitutive equation for layered rock is derived as<disp-formula id="e42">
<mml:math id="m130">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac bevelled="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(42)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m131">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is Poisson&#x2019;s ratio parallel to and perpendicular to foliation plane, respectively. <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m132">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the bedding angle, defined as the angle with the horizontal plane. Defining <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m133">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>90</mml:mn>
<mml:mo>&#xb0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mover>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#xb0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m134">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>90</mml:mn>
<mml:mo>&#xb0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3001;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#xb0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is elastic modulus perpendicular to and parallel to foliation plane, individually. <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m135">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the three axes of positive pressure in the direction of the overall orthogonal coordinate axes, respectively.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Parameter identification and model validation</title>
<sec id="s4-1">
<title>4.1 Parameter identification of non-layered rock creep model</title>
<sec id="s4-1-1">
<title>4.1.1 The one-dimensional non-linear creep model</title>
<p>The uniaxial compression non-linear creep model is shown in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e20">20</xref>, and parameters of the model to be determined are <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m136">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>(i) The parameters of <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>In the transient elastic creep stage, <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m138">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> could be calculated from <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m139">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m140">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> could be obtained from experimental data.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>(ii) The parameters of <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m141">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
</list-item>
</list>
<inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m142">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> already known. Selecting the corresponding creep test data of <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m143">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to establish the non-linear function of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">17</xref>, fitted by Origin using the Levenberg-Marquardt iterative method, then <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m144">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> were obtained.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>(iii) The parameters of <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m145">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>Selecting the corresponding creep test data of <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m146">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to perform step-by-step fitting, the operation process as follows: the first step is to take the test data from the decay creep and steady creep stages and follow the operation of (i) and (ii) in turn to obtain <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m147">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the second step is to take the test data of <inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m148">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to perform the non-linear fitting, then <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> obtained.</p>
</sec>
<sec id="s4-1-2">
<title>4.1.2 Three-dimensional non-linear creep model</title>
<p>The triaxial compression non-linear creep model is shown in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e35">35</xref>, and the model parameters to be determined are <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Let the constant as<disp-formula id="e43">
<mml:math id="m151">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(43)</label>
</disp-formula>then Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e35">35</xref> can be described as<disp-formula id="e44">
<mml:math id="m152">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(44)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The process of parameter identification is:<list list-type="simple">
<list-item>
<p>(i) The parameters of <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m153">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>Based on the elastic modulus <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m154">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and Poisson&#x2019;s ratio &#x3bc; from conventional triaxial compression tests on rocks under the same circumferential pressure, <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m155">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m156">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are obtained through Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">25</xref>. Then, combining <inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m157">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> into Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e35">35</xref> to perform the non-linear fitting with the creep experimental data from the stress of <inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m158">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>(ii) The parameters of <inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m159">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>The parameter of <inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m160">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> could be calculated from triaxial creep experimental data. Selecting the full process of high-stress creep experimental data and fitting it to obtain <inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m161">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> firstly, then referring to the step-wise fitting method in <xref ref-type="sec" rid="s4-1-1">Section 4.1.1</xref>, we could obtain <inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m162">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4-2">
<title>4.2 Parameter identification of layered rock creep model</title>
<p>The non-linear creep model for layered rock is shown in Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="e37">37</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e38">38</xref> and Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e42">42</xref>, and the parameters identification method is similar to the non-layered rock creep model. In view of space, do not repeat.</p>
</sec>
<sec id="s4-3">
<title>4.3 Parameter identification and model validation</title>
<sec id="s4-3-1">
<title>4.3.1 One-dimensional non-linear creep model</title>
<p>The experimental data used for parameter identification in the one-dimensional creep equation is chosen from Wang (<xref ref-type="bibr" rid="B34">Wang et al., 2020</xref>). The test was carried out using the MTS815.02 Multifunctional Servo Test System for uniaxial compression creep testing of sandstone with graded loading, and the long-term strength given in the paper is 70&#xa0;MPa. In this paper, data from the water content test set <inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m163">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>%</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is taken for parameter identification of the creep model. The graded loading scheme of the uniaxial compression creep test is <inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m164">
<mml:mrow>
<mml:mn>60</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>70</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>80</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>90</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> respectively. The contrastive analysis of the creep calculation curve and experimental data are illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref>.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>Creep equation fitting curves (<inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m165">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>%</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-10-1286197-g006.tif"/>
</fig>
<p>Showing in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref>, the proposed creep model can accurately describe the characteristics of three phases of rock creep, the rationality is verified. The parameters of the creep model listed in <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref>.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Creep equation fitting curves (<inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m166">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4.56</mml:mn>
<mml:mo>%</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-10-1286197-g007.tif"/>
</fig>
<table-wrap id="T2" position="float">
<label>TABLE 2</label>
<caption>
<p>Parameters of the one-dimensional creep model.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="center">
<inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m167">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>%</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">Loading stress</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m168">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (MPa)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m169">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (MPa)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m170">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m171">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (MPa)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m172">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (MPa)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m173">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (MPa)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m174">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m175">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td rowspan="5" align="center">0</td>
<td align="center">60</td>
<td align="center">271.49</td>
<td align="center">3.5 &#xd7; 10<sup>19</sup>
</td>
<td align="center">1</td>
<td align="center">4533.69</td>
<td align="center">7792.56</td>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
<td align="center">0.872</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">70</td>
<td align="center">258.30</td>
<td align="center">2.6 &#xd7; 10<sup>19</sup>
</td>
<td align="center">1</td>
<td align="center">3769.68</td>
<td align="center">6155.71</td>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
<td align="center">0.955</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">80</td>
<td align="center">264.90</td>
<td align="center">2.21 &#xd7; 10<sup>5</sup>
</td>
<td align="center">1</td>
<td align="center">4783.74</td>
<td align="center">5480.30</td>
<td align="center">200892.84</td>
<td align="center">0.805</td>
<td align="center">0.989</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">90</td>
<td align="center">268.66</td>
<td align="center">1.37 &#xd7; 10<sup>19</sup>
</td>
<td align="center">1</td>
<td align="center">2767.25</td>
<td align="center">6797.60</td>
<td align="center">257095.94</td>
<td align="center">1.737</td>
<td align="center">0.988</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">100</td>
<td align="center">254.45</td>
<td align="center">1.25 &#xd7; 10<sup>21</sup>
</td>
<td align="center">1</td>
<td align="center">2619.23</td>
<td align="center">8715.35</td>
<td align="center">9.43&#xd7;10<sup>11</sup>
</td>
<td align="center">17.45</td>
<td align="center">0.983</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="s4-3-2">
<title>4.3.2 The three-dimensional non-linear creep model</title>
<p>The experimental data used for parameter identification in the three-dimensional creep equation is chosen from Ye (<xref ref-type="bibr" rid="B43">Ye et al., 2022</xref>). This test was carried out for triaxial compression creep tests at different water contents <inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m176">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at an confining pressure of 1&#xa0;MPa. The graded loading scheme of the triaxial compression creep test is shown in <xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref> and the long-term strength of rock is <inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m177">
<mml:mrow>
<mml:mn>2.48</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1.28</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0.88</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> respectively.</p>
<table-wrap id="T3" position="float">
<label>TABLE 3</label>
<caption>
<p>Graded loading scheme.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="center">&#x3c9;/%</th>
<th align="center">Confining pressure (MPa)</th>
<th align="center">S1/MPa</th>
<th align="center">S2/MPa</th>
<th align="center">S3/MPa</th>
<th align="center">S4/MPa</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="center">4.56</td>
<td align="center">1</td>
<td align="center">0.88</td>
<td align="center">1.68</td>
<td align="center">2.48</td>
<td align="center">3.26</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">8.47</td>
<td align="center">1</td>
<td align="center">0.88</td>
<td align="center">1.28</td>
<td align="center">1.68</td>
<td align="left"/>
</tr>
<tr>
<td align="center">12.38</td>
<td align="center">1</td>
<td align="center">0.88</td>
<td align="center">1.28</td>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>Using the method of the previous <xref ref-type="sec" rid="s4-1-2">Section 4.1.2</xref> for model parameters identification. When the loading stress level is less than the yield strength, the first equation of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e35">35</xref> is used for nonlinear fitting. The fit of the experimental data to the creep equation was obtained as shown in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figures 8</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="F10">10</xref>.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>Creep equation fitting curves (<inline-formula id="inf134">
<mml:math id="m178">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>8.47</mml:mn>
<mml:mo>%</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>12.38</mml:mn>
<mml:mo>%</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-10-1286197-g008.tif"/>
</fig>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>Creep equation fitting curve (<inline-formula id="inf135">
<mml:math id="m179">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>8.47</mml:mn>
<mml:mo>%</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-10-1286197-g009.tif"/>
</fig>
<fig id="F10" position="float">
<label>FIGURE 10</label>
<caption>
<p>Creep equation fitting curve (<inline-formula id="inf136">
<mml:math id="m180">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>12.38</mml:mn>
<mml:mo>%</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-10-1286197-g010.tif"/>
</fig>
<p>When the loading stress level is greater than the yield strength, a step-wise non-linear fitting is made by the second equation of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e35">35</xref>. The fitting curve of the moisture content under low-stress level is shown in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref>, and the fitting curve of the moisture content of <inline-formula id="inf137">
<mml:math id="m181">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>8.47</mml:mn>
<mml:mo>%</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>12.38</mml:mn>
<mml:mo>%</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> under high-stress level is shown in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figures 11</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F12">12</xref>. The parameters of the creep model listed in <xref ref-type="table" rid="T4">Table 4</xref>.</p>
<fig id="F11" position="float">
<label>FIGURE 11</label>
<caption>
<p>Creep equation fitting curves (<inline-formula id="inf138">
<mml:math id="m182">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>%</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-10-1286197-g011.tif"/>
</fig>
<fig id="F12" position="float">
<label>FIGURE 12</label>
<caption>
<p>Creep equation fitting curves of different bedding angles <inline-formula id="inf139">
<mml:math id="m183">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x00B0;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>30</mml:mn>
<mml:mo>&#xb0;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>45</mml:mn>
<mml:mo>&#xb0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-10-1286197-g012.tif"/>
</fig>
<table-wrap id="T4" position="float">
<label>TABLE 4</label>
<caption>
<p>Parameters of the three-dimensional creep model.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="center">
<inline-formula id="inf140">
<mml:math id="m184">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>%</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">Confining stress</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf141">
<mml:math id="m185">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (MPa)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf142">
<mml:math id="m186">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (MPa)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf143">
<mml:math id="m187">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (MPa)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf144">
<mml:math id="m188">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf145">
<mml:math id="m189">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (MPa)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf146">
<mml:math id="m190">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (MPa)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf147">
<mml:math id="m191">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (MPa)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf148">
<mml:math id="m192">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf149">
<mml:math id="m193">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td rowspan="4" align="center">4.56</td>
<td align="center">0.88</td>
<td align="center">2.12</td>
<td align="center">1.65</td>
<td align="center">2.11</td>
<td align="center">0.15</td>
<td align="center">110.75</td>
<td align="center">0.08</td>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
<td align="center">0.983</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">1.68</td>
<td align="center">1.41</td>
<td align="center">1.44</td>
<td align="center">20.22</td>
<td align="center">0.21</td>
<td align="center">41.54</td>
<td align="center">102.22</td>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
<td align="center">0.995</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">2.48</td>
<td align="center">1.44</td>
<td align="center">1.60</td>
<td align="center">20.74</td>
<td align="center">0.23</td>
<td align="center">61.06</td>
<td align="center">26.46</td>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
<td align="center">0.968</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">3.28</td>
<td align="center">1.36</td>
<td align="center">1.59</td>
<td align="center">26.63</td>
<td align="center">0.74</td>
<td align="center">14.32</td>
<td align="center">3.30</td>
<td align="center">1.37 &#xd7; 10<sup>&#x2212;11</sup>
</td>
<td align="center">40.94</td>
<td align="center">0.997</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" align="center">8.47</td>
<td align="center">0.88</td>
<td align="center">1.27</td>
<td align="center">1.19</td>
<td align="center">0.77</td>
<td align="center">0.04</td>
<td align="center">9.70</td>
<td align="center">25.92</td>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
<td align="center">0.987</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">1.28</td>
<td align="center">1.13</td>
<td align="center">1.14</td>
<td align="center">0.70</td>
<td align="center">0.06</td>
<td align="left">17.61</td>
<td align="center">15.29</td>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
<td align="center">0.995</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">1.68</td>
<td align="center">0.63</td>
<td align="center">0.61</td>
<td align="center">1.16</td>
<td align="center">0.52</td>
<td align="center">6.12</td>
<td align="center">0.07</td>
<td align="center">1.63 &#xd7; 10<sup>&#x2212;18</sup>
</td>
<td align="center">15.40</td>
<td align="center">0.996</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2" align="center">12.38</td>
<td align="center">0.88</td>
<td align="center">0.96</td>
<td align="center">1.02</td>
<td align="center">0.28</td>
<td align="center">0.04</td>
<td align="center">1.06</td>
<td align="center">0.001</td>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
<td align="center">0.994</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">1.28</td>
<td align="center">0.50</td>
<td align="center">0.53</td>
<td align="center">0.51</td>
<td align="center">0.03</td>
<td align="center">3.26</td>
<td align="center">39.65</td>
<td align="center">214.95</td>
<td align="center">10.25</td>
<td align="center">0.992</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>Analyzing <xref ref-type="fig" rid="F7">Figures 7</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F10">10</xref>, the creep model not only describes the viscoelastic behavior in the decay creep and steady-state creep phases of the rock in uniaxial creep experiment and triaxial creep experiment well under low stress, but also has a good representation of the non-linear mechanical behavior in the accelerating creep phase of the rock under high-stress conditions. Furthermore, as seen in <xref ref-type="table" rid="T2">Tables 2</xref>, <xref ref-type="table" rid="T4">4</xref>, the correlation between experimental data and fitting curves is high. The reasonableness and applicability of the fractional order creep model proposed in this paper are verified.</p>
</sec>
<sec id="s4-3-3">
<title>4.3.3 Creep model for layered rock</title>
<p>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>(i) Creep Equation of Empirical Model</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>The experimental data used for parameter identification in the one-dimensional creep equation is chosen from Tang (<xref ref-type="bibr" rid="B33">Tang et al., 2018</xref>). Selecting the data of <inline-formula id="inf150">
<mml:math id="m194">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mn>60</mml:mn>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf151">
<mml:math id="m195">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>%</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), and fitting by Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e37">37</xref>. The fitting curves are shown in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure 11</xref>.</p>
<p>The parameters of the creep model listed in <xref ref-type="table" rid="T5">Table 5</xref>.</p>
<table-wrap id="T5" position="float">
<label>TABLE 5</label>
<caption>
<p>Parameters of the creep model.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th rowspan="2" align="center">Stress/MPa</th>
<th colspan="5" align="center">Model parameters</th>
<th rowspan="2" align="center">
<inline-formula id="inf152">
<mml:math id="m196">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
</tr>
<tr>
<th align="center">
<inline-formula id="inf153">
<mml:math id="m197">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>/MPa</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf154">
<mml:math id="m198">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>/MPa</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf155">
<mml:math id="m199">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf156">
<mml:math id="m200">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>/MPa</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf157">
<mml:math id="m201">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>/MPa</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="center">2.2</td>
<td align="center">32.16</td>
<td align="center">5.41 &#xd7; 10<sup>17</sup>
</td>
<td align="center">1</td>
<td align="center">105.24</td>
<td align="center">42.04</td>
<td align="center">0.963</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">4.4</td>
<td align="center">34.11</td>
<td align="center">3775.19</td>
<td align="center">0.77</td>
<td align="center">138.57</td>
<td align="center">23.34</td>
<td align="center">0.893</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">6.6</td>
<td align="center">31.28</td>
<td align="center">8261.98</td>
<td align="center">1</td>
<td align="center">264.86</td>
<td align="center">60.38</td>
<td align="center">0.933</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">7.7</td>
<td align="center">25.93</td>
<td align="center">1306.20</td>
<td align="center">0.50</td>
<td align="center">341.93</td>
<td align="center">767.04</td>
<td align="center">0.995</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">8.8</td>
<td align="center">22.22</td>
<td align="center">1198.97</td>
<td align="center">0.34</td>
<td align="center">338.98</td>
<td align="center">779.09</td>
<td align="center">0.978</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>The experimental data used for parameter identification in the three-dimensional creep equation is chosen from Wang (J. <xref ref-type="bibr" rid="B34">Wang et al., 2020</xref>). The author took the triaxial compression creep tests on five sets of specimens with bedding angles of <inline-formula id="inf158">
<mml:math id="m202">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>30</mml:mn>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>45</mml:mn>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>60</mml:mn>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf159">
<mml:math id="m203">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mn>90</mml:mn>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> under the confining pressure condition of 5&#xa0;MPa. In this paper, selecting five sets of experimental data from the accelerating creep phase with different bedding angles to be fitted to identify the model parameters. The fitting curve is shown in <xref ref-type="fig" rid="F12">Figures 12</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F13">13</xref>.</p>
<fig id="F13" position="float">
<label>FIGURE 13</label>
<caption>
<p>Creep equation fitting curves of different bedding angles <inline-formula id="inf160">
<mml:math id="m204">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>60</mml:mn>
<mml:mo>&#xb0;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>90</mml:mn>
<mml:mo>&#xb0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-10-1286197-g013.tif"/>
</fig>
<p>The parameters of the creep model are listed in <xref ref-type="table" rid="T6">Table 6</xref>.</p>
<table-wrap id="T6" position="float">
<label>TABLE 6</label>
<caption>
<p>Parameters of creep model.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="center">Bedding angles</th>
<th align="center">Confining stress</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf161">
<mml:math id="m205">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (MPa)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf162">
<mml:math id="m206">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (MPa)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf163">
<mml:math id="m207">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (MPa)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf164">
<mml:math id="m208">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf165">
<mml:math id="m209">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (MPa)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf166">
<mml:math id="m210">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (MPa)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf167">
<mml:math id="m211">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (MPa)</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf168">
<mml:math id="m212">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf169">
<mml:math id="m213">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="center">0&#xb0;</td>
<td align="center">112.05</td>
<td align="center">26.91</td>
<td align="center">1.09 &#xd7; 10<sup>18</sup>
</td>
<td align="center">418.07</td>
<td align="center">0.20</td>
<td align="center">2.33 &#xd7; 10<sup>26</sup>
</td>
<td align="center">3.12 &#xd7; 10<sup>26</sup>
</td>
<td align="center">3.12 &#xd7; 10<sup>&#x2212;10</sup>
</td>
<td align="center">24.14</td>
<td align="center">0.947</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">30&#xb0;</td>
<td align="center">112.05</td>
<td align="center">22.43</td>
<td align="center">9.69 &#xd7; 10<sup>17</sup>
</td>
<td align="center">448.66</td>
<td align="center">0.20</td>
<td align="center">807.03</td>
<td align="center">214.28</td>
<td align="center">2.43 &#xd7; 10<sup>&#x2212;14</sup>
</td>
<td align="center">18.67</td>
<td align="center">0.981</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">45&#xb0;</td>
<td align="center">81.49</td>
<td align="center">22.64</td>
<td align="center">8.77 &#xd7; 10<sup>16</sup>
</td>
<td align="center">968.18</td>
<td align="center">0.48</td>
<td align="center">1284.48</td>
<td align="center">234.23</td>
<td align="center">6.69 &#xd7; 10<sup>&#x2212;13</sup>
</td>
<td align="center">24.06</td>
<td align="center">0.998</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">60&#xb0;</td>
<td align="center">61.12</td>
<td align="center">16.42</td>
<td align="center">2.24 &#xd7; 10<sup>14</sup>
</td>
<td align="center">68.91</td>
<td align="center">0.42</td>
<td align="center">8.06 &#xd7; 10<sup>16</sup>
</td>
<td align="center">8.05 &#xd7; 10<sup>14</sup>
</td>
<td align="center">5.40 &#xd7; 10<sup>&#x2212;5</sup>
</td>
<td align="center">9.54</td>
<td align="center">0.989</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">90&#xb0;</td>
<td align="center">112.05</td>
<td align="center">22.64</td>
<td align="center">1.00 &#xd7; 10<sup>18</sup>
</td>
<td align="center">1708.78</td>
<td align="center">0.08</td>
<td align="center">547.43</td>
<td align="center">139.69</td>
<td align="center">2.59 &#xd7; 10<sup>&#x2212;15</sup>
</td>
<td align="center">20.02</td>
<td align="center">0.998</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>Based on the parameters from <xref ref-type="table" rid="T6">Table 6</xref>, giving the plotting of <inline-formula id="inf170">
<mml:math id="m214">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf171">
<mml:math id="m215">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with different bedding angles separately, and comparing with the experimental data in the original paper. We find that the parameters have a similar trend to the parameters from the experiment, verifying the influence of the bedding angle on the creep properties of the rock. As shown in <xref ref-type="fig" rid="F14">Figures 14</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F15">15</xref>.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>(ii) Creep Equation of Plasticity Theory</p>
</list-item>
</list>
</p>
<fig id="F14" position="float">
<label>FIGURE 14</label>
<caption>
<p>Shear modulus vs. elastic modulus.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-10-1286197-g014.tif"/>
</fig>
<fig id="F15" position="float">
<label>FIGURE 15</label>
<caption>
<p>Steady-state creep rate.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-10-1286197-g015.tif"/>
</fig>
<p>Experimental data were used from the literature (<xref ref-type="bibr" rid="B17">Kou et al., 2023</xref>). In the literature, step-wise loading triaxial creep tests of phyllite specimens with three kinds of bedding angles (0&#xb0;, 45&#xb0; and 90&#xb0;) are carried out with the confining pressure of 10&#xa0;MPa. In this paper, the last stage accelerating creep test data of 0&#xb0; and 90&#xb0; layered rock is taken to validate the plasticity theory creep equation and compared with the empirical model creep equation simultaneously. The elastic mechanical parameters of the rock are shown in <xref ref-type="table" rid="T7">Table 7</xref>. For the bedding angle of 0&#xb0;, the elastic modulus, poission ratio and long-term strength of rock is <inline-formula id="inf172">
<mml:math id="m216">
<mml:mrow>
<mml:mn>26.25</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0.29,91</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> respectively. For the bedding angle of 90&#xb0;, the elastic modulus, poission ratio and long-term strength of rock is <inline-formula id="inf173">
<mml:math id="m217">
<mml:mrow>
<mml:mn>29.31</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0.36,91</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> respectively.</p>
<table-wrap id="T7" position="float">
<label>TABLE 7</label>
<caption>
<p>Creep parameters of plasticity theory model and empirical model.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="center">
<inline-formula id="inf174">
<mml:math id="m218">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">Model</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf175">
<mml:math id="m219">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>/MPa</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf176">
<mml:math id="m220">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf177">
<mml:math id="m221">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>/MPa</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf178">
<mml:math id="m222">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>/MPa</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf179">
<mml:math id="m223">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>/MPa</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf180">
<mml:math id="m224">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf181">
<mml:math id="m225">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td rowspan="2" align="center">0</td>
<td align="center">Theoritical model</td>
<td align="center">2393.96</td>
<td align="center">0.15</td>
<td align="center">3.33 &#xd7; 10<sup>16</sup>
</td>
<td align="center">2.54 &#xd7; 10<sup>18</sup>
</td>
<td align="center">1.17 &#xd7; 10<sup>19</sup>
</td>
<td align="center">61.28</td>
<td align="center">0.918</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Empirical model</td>
<td align="center">851.83</td>
<td align="center">0.15</td>
<td align="center">3.53 &#xd7; 10<sup>16</sup>
</td>
<td align="center">2.78 &#xd7; 10<sup>18</sup>
</td>
<td align="center">4.38 &#xd7; 10<sup>7</sup>
</td>
<td align="center">61.18</td>
<td align="center">0.918</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2" align="center">90</td>
<td align="center">Theoritical model</td>
<td align="center">13338.32</td>
<td align="center">0.81</td>
<td align="center">1752.24</td>
<td align="center">825.82</td>
<td align="center">100469.59</td>
<td align="center">20.53</td>
<td align="center">0.999</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Empirical model</td>
<td align="center">4246.85</td>
<td align="center">0.81</td>
<td align="center">557.90</td>
<td align="center">262.94</td>
<td align="center">111.87</td>
<td align="center">20.53</td>
<td align="center">0.999</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>For Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e42">42</xref>, let<disp-formula id="e45">
<mml:math id="m226">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(45)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Then Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e42">42</xref> is expressed as<disp-formula id="e46">
<mml:math id="m227">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac bevelled="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(46)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Substituting the elastic parameters from Table 9 into Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e45">45</xref>, then<disp-formula id="e47">
<mml:math id="m228">
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>76.6305</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#xb0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>85.6391</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>90</mml:mn>
<mml:mo>&#xb0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(47)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Substituting Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e47">47</xref> into Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e46">46</xref>, fitting the experimental data as shown in <xref ref-type="fig" rid="F16">Figure 16</xref>. For the creep equation of the empirical model, the same set of experimental data was fitted by Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e38">38</xref> using the method described in <xref ref-type="sec" rid="s4-1-2">Section 4.1.2</xref>.</p>
<fig id="F16" position="float">
<label>FIGURE 16</label>
<caption>
<p>Fitting curves of creep equation by empirical model and plastic theory model [<bold>(A,B)</bold> is the bedding angle of 0&#xb0;,90&#xb0; respectively].</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-10-1286197-g016.tif"/>
</fig>
<p>The creep constitutive equations for layered rock derived by the above two methods were fitting by the same set of experimental data, and a curve fit of the experimental data to the creep equation was obtained as shown in <xref ref-type="fig" rid="F16">Figure 16</xref>.</p>
<p>The parameters of the two models are shown in <xref ref-type="table" rid="T7">Table 7</xref>.</p>
<p>As seen in <xref ref-type="fig" rid="F16">Figure 16</xref> and <xref ref-type="table" rid="T7">Table 7</xref>, the fitting curves of the creep constitutive equation for layered rock derived by the two methods are almost identical and have the same fitting correlation coefficients.</p>
<p>In summary, the non-linear creep model derived in this paper can not only better characterize the creep properties of layered rock under low and high-stress conditions, but also better reflect the influence of different bedding angles on the creep mechanical properties of rocks. In addition, the empirical creep constitutive equation derived in this paper and the plastic theory creep constitutive equation has almost the same fitting results for the same set of experimental data, which further verifies the accuracy and applicability of the creep constitutive model for layered rock established in this paper.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s5">
<title>5 Conclusion</title>
<p>Based on fractional-order calculus theory and rheological element combination model theory, a six-element nonlinear elastic-viscoplastic creep model is given. The model is used as the basis for deriving the non-linear elastic-viscoplastic creep constitutive equation for layered rock, and the accuracy and applicability of the creep constitutive equation are verified by selecting creep experimental data for rocks of different lithologies. The main conclusions are as follows:<list list-type="simple">
<list-item>
<p>(1) Based on fractional calculus theory to introduce the Abel dashpot body, combined with the classical creep strain-time curve of rock for analysis, the Hooke elastomer, Abel dashpot body, Kelvin body and non-linear viscoplastic body are connected in series, and a six-element non-linear elastic-viscoplastic creep model is established. Then, the creep constitutive equation for one-dimensional and three-dimensional are derived respectively.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>(2) Analysing the creep experimental data of layered rock, and concluding that the effects of different bedding angles on the creep properties of the rock are mainly the elastic modulus, creep rate and long-term strength, and deriving the full process creep constitutive equation for layered rock by empirical model method and the plastic theory method, respectively.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>(3) Based on the Levenberg-Marquardt iterative method of Origin software, a practical identification method of creep model parameters is proposed, and parameters are identified by using rocks of different lithologies under different stress conditions from experimental data.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>(4) By fitting the creep experimental data of layered rock with different lithologies to the theoretical curves of the model, it is shown that the model proposed in this paper can not only accurately describe the full-stage creep (primary creep, steady-state creep and accelerating creep) of layered rock, but also better reflect the influence of different bedding angles on the creep properties of rocks. As shown in the tables, the average value of <inline-formula id="inf182">
<mml:math id="m229">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is beyond 0.97, with the meaning of highly accuracy and applicability for the creep constitutive equation proposed in this paper. In addition, the empirical model creep constitutive equation and plastic theory constitutive equation have almost the same fitting results for the same set of experimental data.</p>
</list-item>
</list>
</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s6">
<title>Data availability statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/Supplementary Material, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Author contributions</title>
<p>YL: Data curation, Investigation, Writing&#x2013;original draft, Writing&#x2013;review and editing. MS: Investigation, Methodology, Writing&#x2013;review and editing, Writing&#x2013;original draft. BD: Funding acquisition, Investigation, Methodology, Resources, Supervision, Writing&#x2013;review and editing. SY: Investigation, Writing&#x2013;original draft.</p>
</sec>
<sec id="s8">
<title>Funding</title>
<p>The author(s) declare financial support was received for the research, authorship, and/or publication of this article. This research was supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 52268022). The author BD is the leader of this project.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s9">
<title>Conflict of interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
<p>The reviewer JJ declared a shared affiliation with the authors to the handling editor at the time of review.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s10">
<title>Publisher&#x2019;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Al-Rub</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Darabi</surname>
<given-names>M. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kim</surname>
<given-names>S. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Little</surname>
<given-names>D. N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Glover</surname>
<given-names>C. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Mechanistic-based constitutive modeling of oxidative aging in aging-susceptible materials and its effect on the damage potential of asphalt concrete</article-title>. <source>Constr. Build. Mater.</source> <volume>41</volume> (<issue>apr</issue>), <fpage>439</fpage>&#x2013;<lpage>454</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.conbuildmat.2012.12.044</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Aravas</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cheng</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Casta Eda</surname>
<given-names>P. P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1995</year>). <article-title>Steady-state creep of fiber-reinforced composites: constitutive equations and computational issues</article-title>. <source>Int. J. Solids Struct.</source> <volume>32</volume> (<issue>15</issue>), <fpage>2219</fpage>&#x2013;<lpage>2244</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0020-7683(94)00251-Q</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Aydan</surname>
<given-names>&#xd6;.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <source>Time-dependency in rock mechanics and rock engineering</source>.</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Behbahani</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ziari</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kamboozia</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Evaluation of the visco-elasto-plastic behavior of glasphalt mixtures through generalized and classic burger&#x27;s models modification</article-title>. <source>Constr. Build. Mater.</source> <volume>118</volume>, <fpage>36</fpage>&#x2013;<lpage>42</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.conbuildmat.2016.04.157</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Celleri</surname>
<given-names>H. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mart&#xed;n</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Otegui</surname>
<given-names>J. L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Fracture behavior of transversely isotropic rocks with discrete weak interfaces: fracture behavior of ti rocks with discrete weak interfaces</article-title>. <source>Int. J. Numer. Anal. Methods Geomech.</source> <volume>42</volume>, <fpage>2161</fpage>&#x2013;<lpage>2176</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/nag.2849</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chang</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cheng</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Fracture propagation and coalescence at bedding plane in layered rocks</article-title>. <source>J. Struct. Geol.</source> <volume>141</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>104213</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jsg.2020.104213</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Cheng</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pan</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Berto</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Damage analysis of sandstone during the creep stage under the different levels of uniaxial stress using nmr measurements</article-title>. <source>Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct.</source> <volume>44</volume>, <fpage>719</fpage>&#x2013;<lpage>732</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1111/ffe.13389</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dathe</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Eins</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Niemeyer</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gerold</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2001</year>). <article-title>The surface fractal dimension of the soil-pore interface as measured by image analysis</article-title>. <source>Geoderma Int. J. Soil Sci.</source> <volume>103</volume> (<issue>1/2</issue>), <fpage>203</fpage>&#x2013;<lpage>229</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0016-7061(01)00077-5</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Deng</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jia</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Su</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>A nonlinear triaxial damage creep model for granite based on atangana&#x2013;baleanu fractional derivative</article-title>. <source>Int. J. Appl. Mech.</source> <volume>14</volume>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S1758825122500685</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dubey</surname>
<given-names>R. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gairola</surname>
<given-names>V. K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Influence of structural anisotropy on creep of rocksalt from simla himalaya, India: an experimental approach</article-title>. <source>J. Struct. Geol.</source> <volume>30</volume> (<issue>6</issue>), <fpage>710</fpage>&#x2013;<lpage>718</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jsg.2008.01.007</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Feng</surname>
<given-names>Z. Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>X. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>J. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Z. Q.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A new fractional nishihara-type model with creep damage considering thermal effect</article-title>. <source>Eng. Fract. Mech.</source> <volume>242</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>107451</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.engfracmech.2020.107451</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fortsakis</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nikas</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Marinos</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Marinos</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Anisotropic behaviour of stratified rock masses in tunnelling</article-title>. <source>Eng. Geol.</source> <volume>141-142</volume> (<issue>none</issue>), <fpage>74</fpage>&#x2013;<lpage>83</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.enggeo.2012.05.001</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Griggs</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1939</year>). <article-title>Creep of rocks</article-title>. <source>J. Geol.</source> <volume>47</volume> (<issue>3</issue>), <fpage>225</fpage>&#x2013;<lpage>251</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1086/624775</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hb</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nasseri</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>S</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rao</surname>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2003</year>). <article-title>Anisotropic strength and deformational behavior of himalayan schists</article-title>. <source>Int. J. Rock Mech. Min. Sci.</source> <volume>40</volume>, <fpage>3</fpage>, <lpage>23</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S1365-1609(02)00103-X</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hu</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>S. Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cheng</surname>
<given-names>J. L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Cyclic loading&#x2013;unloading creep behavior of composite layered specimens</article-title>. <source>Acta geophys.</source> <volume>67</volume>, <fpage>449</fpage>&#x2013;<lpage>464</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11600-019-00261-x</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Koeller</surname>
<given-names>R. C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1984</year>). <article-title>Applications of fractional calculus to the theory of viscoelasticity</article-title>. <source>Trans. Asme J. Appl. Mech.</source> <volume>51</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>299</fpage>&#x2013;<lpage>307</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1115/1.3167616</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kou</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>A fractional nonlinear creep damage model for transversely isotropic rock</article-title>. <source>Rock Mech. Rock Eng.</source> <volume>56</volume> (<issue>56</issue>), <fpage>831</fpage>&#x2013;<lpage>846</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00603-022-03108-y</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Guan</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xiao</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhuo</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Three-dimensional creep constitutive model of transversely isotropic rock</article-title>. <source>Int. J. Geomech.</source> <volume>21</volume> (<issue>8</issue>), <fpage>21</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(asce)gm.1943-5622.0002111</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Han</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>A nonlinear damage creep model for sandstone based on fractional theory</article-title>. <source>Arab. J. Geosci.</source> <volume>13</volume> (<issue>6</issue>), <fpage>246</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12517-020-5215-1</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Han</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A caputo fractional damage creep modeland its experimental validation</article-title>. <source>Mech. Time-Depend. Mater.</source> <volume>26</volume> (<issue>26</issue>), <fpage>909</fpage>&#x2013;<lpage>922</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11043-021-09519-8</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Z. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xie</surname>
<given-names>S. Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shao</surname>
<given-names>J. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Conil</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Effects of deviatoric stress and structural anisotropy on compressivecreep behavior of a clayey rock</article-title>. <source>Appl. Clay Sci.</source> <volume>114</volume>, <fpage>491</fpage>&#x2013;<lpage>496</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.clay.2015.06.039</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Moghadam</surname>
<given-names>S. N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mirzabozorg</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Noorzad</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Modeling time-dependent behavior of gas caverns in rock salt considering creep, dilatancy and failure</article-title>. <source>Tunn. Undergr. Space Technol.</source> <volume>33</volume> (<issue>Jan.</issue>), <fpage>171</fpage>&#x2013;<lpage>185</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.tust.2012.10.001</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Park</surname>
<given-names>K. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jung</surname>
<given-names>Y. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chung</surname>
<given-names>C. K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Evolution of stiffness anisotropy during creep of engineered silty sand in South Korea</article-title>. <source>KSCE J. Civ. Eng.</source> <volume>21</volume>, <fpage>2168</fpage>&#x2013;<lpage>2176</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12205-016-1105-1</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Perzyna</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1966</year>). <article-title>Fundamental problems in viscoplasticity</article-title>. <source>Adv. Appl. Mech.</source> <volume>9</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>243</fpage>&#x2013;<lpage>377</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0065-2156(08)70009-7</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ramamurthy</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1993</year>). <source>Strength and modulus responses of anisotropic rocks</source>.</citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Saeidi</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rasouli</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vaneghi</surname>
<given-names>R. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gholami</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Torabi</surname>
<given-names>S. R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>A modified failure criterion for transversely isotropic rocks</article-title>. <source>Geosci. Front.</source> <volume>5</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>215</fpage>&#x2013;<lpage>225</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.gsf.2013.05.005</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shan</surname>
<given-names>R. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bai</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ju</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Han</surname>
<given-names>T. Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Z. L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Study on the triaxial unloading creep mechanical properties and damage constitutive model of red sandstone containing a single ice-filled flaw</article-title>. <source>Rock Mech. Rock Eng.</source> <volume>54</volume> (<issue>6</issue>), <fpage>833</fpage>&#x2013;<lpage>855</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00603-020-02274-1</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shen</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bi</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wei</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Du</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Study on the mechanical characteristics and damage evaluation of concrete-rock combination after high temperatures exposure</article-title>. <source>Constr. Build. Mater.</source> <volume>330</volume>, <fpage>127278</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.conbuildmat.2022.127278</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shen</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bi</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Du</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023b</year>). <article-title>
<italic>In situ</italic> experimental study on mechanical properties of interlayer in roller compacted concrete (rcc) dam</article-title>. <source>Constr. Build. Mater.</source> <volume>379</volume>, <fpage>131268</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.conbuildmat.2023.131268</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shen</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bi</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ning</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Deng</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2023a</year>). <article-title>Micro-damage evolution and macro-mechanical property of preloaded sandstone subjected to high-temperature treatment based on nmr technique</article-title>. <source>Constr. Build. Mater.</source> <volume>369</volume>, <fpage>130638</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.conbuildmat.2023.130638</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2007a</year>). <article-title>Rock rhelogical mechanicals and its advance in engineering applications</article-title>. <source>Chin. J. Rock Mech. Eng.</source> <volume>26</volume> (<issue>6</issue>), <fpage>1081</fpage>&#x2013;<lpage>1106</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1097/00000542-199411000-00017</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2007b</year>). <article-title>Rock rhelogical mechanicals and its advance in engineering applications</article-title>. <source>Chin. J. Rock Mech. Eng.</source> <volume>26</volume> (<issue>6</issue>), <fpage>1081</fpage>&#x2013;<lpage>1106</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Teng</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Experimental study of creep characteristics of layered water bearing shale</article-title>. <source>Rock Soil Mech.</source> <volume>39</volume> (<issue>S1</issue>), <fpage>33</fpage>&#x2013;<lpage>41</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.16285/j.rsm.2017.1709</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Meng</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Analysis of the influence of sandstone bedding structure on its mechanical properties</article-title>. <source>Railw. Stand. Des.</source> <volume>64</volume> (<issue>04</issue>), <fpage>130</fpage>&#x2013;<lpage>135</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.13238/j.issn.1004-2954.201904040003</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B35">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wan</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Nonlinear creep model of rock in consideration of damage</article-title>. <source>Sci. Technol. Eng</source>.</citation>
</ref>
<ref id="B36">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Study on uniaxial compression creep test of sandstone and improvement of nishihara model</article-title>. <source>J. Lanzhou Inst. Technol.</source> <volume>27</volume> (<issue>05</issue>), <fpage>10</fpage>&#x2013;<lpage>14</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B37">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zong</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Qiao</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Elastoplastic model for transversely isotropic rocks</article-title>. <source>Int. J. Geomech.</source> <volume>18</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>4017141</fpage>&#x2013;<lpage>4017149</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0001070</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B38">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jia</surname>
<given-names>S. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Luo</surname>
<given-names>J. Z.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Anisotropic composite model for layered rock mass based on characteristics of soft interfaces</article-title>. <source>Material Res. Innovations</source> <volume>19</volume> (<issue>1</issue>)&#x2013;<fpage>S1</fpage>-<lpage>245</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1179/1432891715Z.0000000001478</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B39">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jie</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zou</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>A nonlinear creep damage model for salt rock</article-title>. <source>Int. J. Damage Mech.</source> <volume>28</volume>, <fpage>1281561184</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1177/1056789518792649</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B40">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yan</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ma</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>A new transversely isotropic nonlinear creep model for layered phyllite and its application</article-title>. <source>Bull. Eng. Geol. Environ.</source> <volume>78</volume>, <fpage>5387</fpage>&#x2013;<lpage>5408</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10064-019-01462-w</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B41">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jiang</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>An improved nonlinear creep damage model of slates considering freeze&#x2013;thaw damage and bedding damage</article-title>. <source>Bull. Eng. Geol. Environ.</source> <volume>81</volume>, <fpage>240</fpage>&#x2013;<lpage>246</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10064-022-02740-w</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B42">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>X. W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>X. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>C. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>D. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Study on the mechanisms of crack turning in bedded rock</article-title>. <source>Eng. Fract. Mech.</source> <volume>247</volume>, <fpage>107630</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.engfracmech.2021.107630</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B43">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ye</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Qili</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wenjing</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xiongyao</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Biao</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Compressive creep property and model for unsaturated argillaceous siltstone</article-title>. <source>J. TONGJI Univ. Sci.</source> <volume>50</volume> (<issue>08</issue>), <fpage>1154</fpage>&#x2013;<lpage>1162</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.11908/j.issn.0253-374x.21326</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B44">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yong</surname>
<given-names>M. T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tsao</surname>
<given-names>P. F.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2000</year>). <article-title>Preparation and mechanical properties of artificial transversely isotropic rock</article-title>. <source>Int. J. Rock Mech. Min. Sci.</source> <volume>37</volume> (<issue>6</issue>), <fpage>1001</fpage>&#x2013;<lpage>1012</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S1365-1609(00)00024-1</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B45">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yong</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kuo</surname>
<given-names>M. C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2001</year>). <article-title>A failure criterion for transversely isotropic rocks</article-title>. <source>Int. J. Rock Mech. Min. Sci.</source> <volume>38</volume>, <fpage>399</fpage>&#x2013;<lpage>412</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S1365-1609(01)00007-7</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B46">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022a</year>). <article-title>Transversely isotropic creep characteristics and damage mechanism of layered phyllite under uniaxial compression creep test and its application</article-title>. <source>Environ. Earth Sci.</source> <volume>81</volume> (<issue>20</issue>), <fpage>499</fpage>&#x2013;<lpage>518</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12665-022-10585-5</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B47">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yi</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Energy evolution mechanism of the mechanical and creep properties of layered phyllite under uniaxial compression and creep tests</article-title>. <source>Arab. J. Geosci.</source> <volume>14</volume> (<issue>22</issue>), <fpage>2437</fpage>&#x2013;<lpage>2513</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12517-021-08757-x</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B48">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jin</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Luo</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Long-term behaviors of concrete under low-concentration sulfate attack subjected to natural variation of environmental climate conditions</article-title>. <source>Cem. Concr. Res.</source> <volume>116</volume>, <fpage>217</fpage>&#x2013;<lpage>230</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cemconres.2018.11.017</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B49">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pang</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zou</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>The bond properties between uhpc and stone under different interface treatment methods</article-title>. <source>Constr. Build. Mater.</source> <volume>365</volume>, <fpage>130092</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.conbuildmat.2022.130092</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B50">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zou</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022b</year>). <article-title>Capillary rise height of sulfate in portland-limestone cement concrete under physical attack: experimental and modelling investigation</article-title>. <source>Cem. Concr. Compos.</source> <volume>125</volume> (<issue>125-</issue>), <fpage>104299</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cemconcomp.2021.104299</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B51">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zheng</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kong</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2006</year>). <article-title>Generalized plastic mechanics and its application</article-title>. <source>Eng. Sci.</source> <volume>4</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>21</fpage>&#x2013;<lpage>36</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11769-005-0030-x</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B52">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Di</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lei</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xue</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>The creep-damage model of salt rock based on fractional derivative</article-title>. <source>Energies</source> <volume>11</volume> (<issue>9</issue>), <fpage>2349</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.20944/preprints201807.0584.v1</pub-id>
</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>