改进的Poyting-Thomson岩石损伤蠕变模型研究

针对经典的Poyting-Thomson模型不能描述岩石非线性特征尤为明显的加速蠕变阶段的不足,考虑岩石在蠕变变形过程中裂隙演化损伤过程,基于Kachanov损伤率公式,推导了损伤变量在加速蠕变阶段随应力和时间的演化方程,并根据Lemaitre应变等效原理将黏塑性体中的无损模型参数用有效模型参数代替,来表征岩石加速蠕变阶段的非线性特征;然后将损伤黏塑性体与经典的Poyting-Thomson模型串联,从而建立改进的Poyting-Thomson岩石蠕变模型。采用砂岩、泥质页岩、橄榄岩和粉砂岩压缩蠕变试验结果对改进的Poyting-Thomson岩石蠕变模型的合理性和精确性进行验证。结果表明：改进的Poyting-Thomson岩石蠕变模型理论曲线与试验曲线基本吻合,该模型不仅能反映四种岩石的衰减蠕变阶段和等速蠕变阶段,而且能准确描述其加速蠕变阶段,拟合相关系数均在0.99以上,其合理性和精确性得到验证。     

考虑损伤的岩石非线性蠕变模型

蠕变行为广泛地存在于岩石类材料中,并对岩体的稳定性有着重要的影响。因此,对岩石类材料的蠕变行为进行深入的研究是很有必要的。为了更好地揭示岩石的蠕变机制,结合分数微积分理论,建立了一个考虑损伤的蠕变模型。通过推导元件的蠕变方程,得到了整个模型的蠕变本构方程;并基于广义塑性力学理论对此方程进行了三维应力状态下的扩展。结合一系列的煤岩、泥岩和盐岩三轴蠕变实验,对此模型进行了验证。将此新模型的验证结果和西原正夫模型进行了对比研究。结果表明,此模型能够更好地模拟岩石蠕变的全过程,尤其是加速蠕变。     

考虑黏弹塑性应变分离的岩石复合蠕变模型研究

依据不同偏应力下石灰岩循环加卸载蠕变试验数据提出和建立瞬时弹性体(IEB)、瞬时塑性体(IPB)、非线性黏弹性体(NVEB)和黏塑性体(VPB)分别用于描述瞬时弹性应变、瞬时塑性应变、非线性黏弹性应变和黏塑性应变,并将这四者串联,建立能够同时反映岩石加、卸载过程的复合蠕变模型。根据非线性流变理论推导岩石在一维、三维应力状态下的复合蠕变模型加卸载蠕变本构方程,最后采用试验数据对模型合理性进行验证。研究结果表明：当复合蠕变模型综合考虑瞬时弹性应变、瞬时塑性应变、非线性黏弹性应变和黏塑性应变时,模型理论曲线与试验曲线高度吻合;所建模型不仅能够描述石灰岩加载过程中非线性蠕变特征,还能描述卸载过程中应变随时间的变化规律,不同偏应力下试验曲线与理论曲线相关系数均大于0.968,对比结果验证复合蠕变模型的合理性和可行性。     

考虑应变率影响的单轴受压岩石动态变形过程模拟

针对岩石的动态变形特征,引进Kelvin模型,采用粘性元件和弹塑性元件模型并联的方法,建立岩石单轴压缩的受力分析模型,以此反映加载速度或应变率对岩石动态变形特性的影响。通过探讨岩石动态变形过程的体积变化影响,引进统计损伤理论,建立弹塑性体损伤统计本构模型。进而建立可反映加载速度或应变率影响的单轴受压岩石统计损伤本构模型,并提出其参数确定方法。实例分析表明：该模型不仅能反映岩石强度和弹性模量或刚度随应变率提高而增加的特性,而且能较好地模拟单轴受压岩石的动态变形过程,具有一定的合理性。     

煤岩非线性损伤蠕变模型探析

为了研究煤岩蠕变特性,分析前人煤岩蠕变特性实验结果,在广义Kelvin模型的基础上建立了煤岩非线性损伤蠕变理论模型。假定煤岩损伤演化是应力和时间的函数,同时引入非线性硬化函数推导了煤岩非线性损伤衰减蠕变方程和蠕变全过程方程。任意给定方程中材料参数和加载条件,理论得到了煤岩衰减蠕变和蠕变全过程随时间变化曲线,对比前人煤岩蠕变实验结果,验证了用理论模型去研究煤岩的蠕变特性是可行的。     

一种改进的岩石黏弹塑性加速蠕变力学模型

为了全面描述岩石蠕变全过程,克服线性牛顿体不能准确描述加速蠕变的不足,在引入非线性蠕变体模型基础上,结合流变力学模型理论,定义应力与试件长期强度的比值为加速蠕变速率幂级数n,模型发生加速蠕变时的总蠕变量为蠕变特征长度ε;c;,进而得到一种改进的能够描述岩石黏弹塑性加速蠕变的力学模型。结合东乡铜矿砂质页岩单轴压缩下分级增量循环加卸载蠕变试验,对模型参数的辨识进行解释,并将该模型的蠕变拟合曲线与实验的蠕变曲线进行对比。研究结果表明：该模型能很好地描述了岩石的加速蠕变特性。     

冻土蠕变过程的损伤力学模型

参考在金属蠕变过程研究中所发展的损伤力学模型,建立了一般应力状态下,微裂隙的形成和发展影响冻土蠕变过程力学行为的损伤力学模型,从该模型得到了冻土破坏时间依赖于应力的具体函数关系.计算结果与实测数据的对比表明,该模型准确地反映了冻土蠕变过程中变形随时间发展的趋势,对破坏时间的预测也基本与实测结果一致.     

饱和岩石循环冻融蠕变力学特性及损伤分析

为研究饱和岩石循环冻融条件下的蠕变力学特性,开展了不同饱和冻融次数三轴蠕变力学试验.根据试样变形特征建立了弹黏塑性蠕变模型,计算了蠕变模型相关参数,研究了饱和循环冻融相关参数变化特征.分析了随冻融次数增加裂隙扩展发育规律,提出了循环冻融蠕变损伤模型,基于试验数据对损伤模型进行了验证.研究表明:饱和循环冻融蠕变过程分为过渡蠕变阶段,稳定蠕变阶段和加速蠕变阶段3个阶段,冻融次数增加蠕变各个阶段均呈缩短趋势.建立弹黏塑性蠕变模型基础上,总结相关蠕变参数随加载应力增加均呈现增大趋势,随冻融次数增加,相同应力条件下蠕变参数逐渐减小.冻融过程中裂隙发育主要分为两种:沿原有裂隙扩展和独立发育的裂隙.原有裂隙扩展速度大于独立发育裂隙产生速度.试样循环冻融过程中裂隙发育速度逐渐增大.考虑冻融次数对蠕变参数的影响,同时引入损伤系数对其影响结果修正,建立蠕变损伤模型解释了循环冻融蠕变损伤过程,模型理论曲线与试验数据对比显示具有较好的相关性,验证了蠕变损伤模型的正确性.     

岩石试件蠕变过程的反馈特性研究

讨论了岩石试件蠕变过程中不同阶段的反馈特性,给出了描述不同蠕变阶段的位移表达式半进行了反馈过程和实例分析。