一个软弱岩石的粘弹塑性流变力学模型

本文在东乡铜矿砂质页岩的大量单轴压缩蠕变试验基础上,提出了一个适用于软岩的粘弹塑性流变力学模型。该模型更广泛地反映了这类岩石的流变力学特性。此外,应用该模型研究这种砂质页岩的力学性质时,发现了模型参数是应力和时间的函数。     

一种岩石非线性流变模型

岩石是一种复杂的工程介质,具有明显的非均质性、不连续性及各向异性等特点,其宏观流变表现为非线性流变变形.通过岩石非线性流变变形是时间的Weibull分布函数的假定,提出了一个新的非线性流变元件(NRC模型);通过NRC模型与西原模型的串联,建立了能够描述加速流变特性的岩石非线性流变模型(NRM);利用盐岩单轴压缩流变试验曲线对建立的岩石非线性流变模型进行辨识,获得了岩石非线性流变参数.岩石非线性流变模型与试验结果的比较,显示了所建非线性流变模型的正确性与合理性.     

岩石节理流变力学特性及其本构模型

通过对锦屏二级水电站大理岩节理进行剪切流变试验,分析了当剪切应力恒定、不同法向应力作用下的节理蠕变变形特性;根据传统的老化理论及遗传蠕变理论,提出了能够考虑法向应力影响的岩石节理剪切流变本构模型.最后,采用大理岩节理剪切流变试验数据确定了剪切流变模型的参数.将流变模型曲线和试验结果进行比较,结果表明该模型能够较好地描述不同法向应力和剪切应力作用下节理蠕变的变形规律.     

岩石流变断裂扩展的力学分析

用三点弯曲试验方法对层状岩石的流变断裂特性进行了试验研究与理论分析,得到了岩石的流变断裂准则,验证了直接拉伸试验所得到的试验结果,分析了层理的存在对断裂扩展的影响,并用流变力学的理论探讨了相关试验参数的物理意义,在此基础上,用硬化作用与软化作用的观点进一步分析了岩石的流变断裂机理,并用重正化群的理论对岩石的流变断裂机理进行了定量分析。     

弹一粘弹塑性岩石本构模型的探讨

本文通过对岩石流变特性的分析,建立了弹一粘弹塑性岩石的本构模型,并进行了实验验证。由于本模型能将岩石的弹性变形阶段与非弹性段分开,实用于边界元法解地下工程问题。     

板岩流变特性试验与模型辨识

针对江西武吉高速公路隧道的Ⅱ～Ⅴ级围岩,通过分级增量循环加卸载试验、剪切流变试验和双轴压缩流变试验研究围岩的流变特性,并对模型进行辨识.试验结果表明Ⅱ～Ⅳ级围岩具有过渡蠕变和定常蠕变过程,表现为脆性破坏;Ⅴ级围岩则具有过渡蠕变、定常蠕变和加速蠕变过程,表现为塑性破坏.通过模型辨识,采用广义Kelvin模型模拟Ⅱ～Ⅳ级围岩,采用非线性流变元件NRC模型与西原模型的串联模型模拟Ⅴ级围岩,可较好模拟围岩流变特性;同时得到与应力水平有关的围岩流变力学参数.模型辨识的方法可应用于板岩以外的其他岩石.     

岩石流变性尺寸效应的探讨

本文根据锡矿山南矿页岩的三组不同尺寸的试件所作的单轴压缩蠕变试验结果,研究了这种岩石的流变性尺寸效应,并以此为基础,提出了一种确定岩体流变性的近似方法。     

依据弹簧蠕变试验确定岩石流变模型参数的方法

以试验结果为依据,用符合本试验所用岩石试件的力学行为的三元件粘弹性模型为例,分析了在弹簧式蠕变仪上进行蠕变试验时载荷松弛对确定岩石流变力学模型参数的影响,导出了考虑载荷松驰后,模型参数的计算公式及不考虑载荷松弛而产生的误差计算公式。研究表明,载荷松驰仅对模型参数中与时间有关的力学参数有影响,而对与时间无关的力学参数则无影响,而且其影响的程度与试验机刚度、试件尺寸和岩石本身的力学性质有关。     

南京红层软岩流变特性试验研究

通过对南京红层软岩的流变试验，发现红层软岩存在显著的流变性，符合Burger本构模型，并得到4种典型软岩的模型参数。试验得出长期强度约是其单轴抗压强度的63％－70％。     

裂隙岩体松弛模量分析

利用线粘弹性断裂力学原理和Betti能量互等定理，推导了裂隙岩体单轴松弛模量和体积松弛模量的理论表达式，对比了两者之间的差异。并通过自洽理论来考虑裂隙相互作用的影响，计算结果指出裂隙间的相互作用将导致岩体松弛模量增大，这些研究成果为根据室内岩石流变试验推测裂隙岩体的流变特性提供了一种可能。同时还分析了几种流变材料的长期松弛稳定，并指出不同裂隙密度下岩体裂隙应力强度因子将随裂隙半径的增大而增加。     

含软弱夹层的层状岩体流变力学特性试验

依据工程地质结构制作含软弱夹层的层状岩体试样,采用全自动三轴流变伺服系统进行三轴流变力学试验,研究含软弱夹层的层状岩体的流变变形规律及加速流变特性,依据岩体各级应力水平下的稳态流变速率确定岩体的长期强度,为工程岩体流变数值试验参数辨识提供参考。根据流变试验结果,提出反映不同岩层流变力学性质的层状岩体流变模型,在模型中引入损伤变量,使流变模型可以准确反映多层状岩体在不同应力水平下的损伤流变特性。对提出的非线性损伤流变模型进行参数辨识,拟合曲线与流变试验结果较吻合,验证了非线性损伤流变模型对层状岩体的适用性。     

软岩流变模型实验相似准则的推演及应用

为了解决室内围岩力学特性测试周期长、效率低,难以为进展中的工程支护提供及时、准确地科学指导问题,利用相似理论量纲分析法导出软岩模型试验中模型和原型应满足的相似准则,得出软岩模型试验中弹性阶段、屈服阶段、流变及应力松弛过程中模型与原型的各个物理量间必须满足的相似关系.结果表明:选用合适的相似材料不仅可模拟软岩的流变特性,还可得到原型试验和模型试验大的时间比.为探索简便、快速、高效的测试软岩流变特性的新方法提供了重要的理论依据.     

基于粘塑理论的岩石流变本构模型研究

基于热力学框架下的Perzyna粘塑理论,推导了适用于岩石的流变粘弹塑性本构模型,结合砂岩的三轴蠕变试验数据,对推导的本构模型的合理性与正确性进行了验证.结果表明:基于粘塑理论的流变本构模型可以较好地反映岩石的流变力学特性,对室内试验结果拟合得到的相关力学参数可以作为现场岩体流变力学特性评价的参考依据.     

龙口海域软岩巷道围岩流变特性研究

龙口海域软岩巷道在围岩应力达到峰值后,围岩破坏加剧、变形迅速增加,呈现出强烈的流变特性,本文针对这种现象,在典型地层选取岩样,使用岩石流变扰动效应三轴实验仪进行流变实验,并根据流变测试结果对流变曲线进行了拟合分析。     

软岩采场前方支承压力的分布规律

将采场顶、底板岩层和媒体视为软岩，具有流变性能，引用Ｍａｘｗｅｌｌ流变模型建立支承压力计算公式，并讨论了支承压力的分布特征及其在采场前方煤体上的分布规律。     

基于遗传规划的岩石流变模型辨识

将遗传规划方法用于岩体流变模型辨识中,该方法不需要事先假定流变模型的形式,可以一次性地同时确定流变模型的结构形式及参数,避免了模型假定所带来的误差.采用Matlab语言编制的遗传规划程序对红板岩的蠕变实验进行了研究,得出了常应力水平下,应变与时间的非线性关系,并将其结果与基于最小二乘的西原体蠕变模型参数识别的结果进行了对比,结果表明:遗传规划用于岩石的流变模型辨识是可行的.     

基于PSO-BP网络的流变本构模型智能化识别研究

岩石流变是岩石力学问题中一个重要的研究课题,而岩石流变本构模型理论仍是目前岩石力学研究中的难点和热点问题之一.基于神经网络方法智能化识别岩石流变本构模型.基于系统辨识理论,构建了PSO-BP神经网络模型,在Matlab平台基础上编写PSO-BP网络智能化识别程序,直接根据流变试验数据,通过网络自学习,输出可以近似反映岩石流变全过程的神经网络结构化表达.将识别得到的岩石流变本构模型与原试验曲线进行拟合,并利用模型验证数据进行仿真计算,得到的仿真结果令人满意,验证了该神经网络方法直接识别岩石流变模型是可行的.     

流变荷载试验曲线的模型识别及其应用

基于粘弹性理论,建立了流变荷载试验的Maxwell、广义Kelvin和Burgers3种流变模型的位移反演模式,并给出了根据现场试验流变曲线进行流变模型识别的简便方法。分析了岩体流变荷载试验曲线,给出了能反映试验区域内岩体变形规律的最佳流变模型,反演获得了试验区域内岩体的瞬时弹性模量、长期弹性模量、粘弹性模量和粘弹性系数。结果表明,描述试验点岩体在不同荷载级别情况下的最佳流变模型均为广义Kelvin模型,但其弹性模量有所差异,其量值范围为4194～5235MPa,平均弹性模量为4900.316MPa;平均长期弹性模量为3081.65MPa。计算表明所建立的反演公式是正确的,模型及参数识别过程简便、实用。     

不同浓度料浆流变特性与混合骨料级配相关性试验

为了探究混合骨料配比及粒径级配对料浆流变特性的影响,首先对矿山充填常用的废石和棒磨砂及其混合骨料进行粒径分析,并得到相应的特征粒径.其次采用流变仪对不同骨料配比、不同质量分数条件下的料浆进行测定,采用H-B流变模型拟合出相应的流变参数.然后对流变参数和流变特性进行分析,并基于最小二乘法研究骨料粒径级配与料浆流变特性的相关性.最后对料浆稳定性进行讨论,并通过建立力学模型确定了混合骨料不沉降离析的临界粒径范围为13.8~21.6mm.试验结果表明:料浆屈服应力和表观黏度均随料浆质量分数的增大而增大;随着剪切速率的增大,料浆流变特性表现出不同的模型特性;料浆流变特性参数与骨料粒径级配的相关性随着特征粒径值的增大而增大.随着质量分数的提高,料浆屈服应力与骨料粒径级配相关性逐渐减弱,而表观黏度与之相反,质量分数和骨料粒径级配对料浆稳定性有很大影响.