高塑性土蠕变破坏的新模型

提出一个新的表征高塑性土蠕变破坏的模型。基于常规三轴试验得到土的归一化特征曲线和三轴蠕变试验得到n值应力水平曲线后,可以预测任何应力水平下的蠕变破坏时间;并得出如下结论:土体存在一条归一化特征曲线来表征其直到峰值应力前的应力应变行为,该曲线能辅助确认蠕变试验中的峰值应力和临界应变;模型在双对数轴上是一条直线,其斜率为n值;且不同应力水平下n值基本相同,n值可被认为是土的黏土指标;任何应力水平下土体都可能蠕变破坏,只是所需的时间长短不同,土体蠕变破坏的依据是蠕变累积应变超过临界应变。     

含瓦斯煤岩三轴蠕变特性及本构关系

通过不同载荷水平的含瓦斯煤岩常规三轴蠕变试验,得到含瓦斯成型煤样常规三轴蠕变特性,并对实验曲线进行了数学拟合研究;在对广义西元模型进行了改进的基础上,建立含瓦斯煤岩三轴蠕变本构模型.结果显示,含瓦斯煤岩的蠕变特性与所选载荷水平密切相关且围压、瓦斯压力明显延缓煤样的蠕变变形;三阶曲线-ε(t)可以较好地表征含瓦斯煤岩常规三轴蠕变的3个阶段;建立的改进广义西元模型可以较好表征含瓦斯煤岩三轴蠕变本构关系.     

考虑蠕变三阶段的哈氏合金X蠕变-疲劳裂纹扩展模拟

结合应变硬化定律和连续损伤力学,提出了一种考虑蠕变3阶段的本构模型,对650℃下的哈氏合金X的CT试样进行了裂纹扩展有限元模拟分析．对比分析了不同蠕变阶段对纯蠕变裂纹扩展的影响,使用考虑蠕变3个阶段的本构模型进行了蠕变-疲劳裂纹扩展模拟,讨论了载荷幅值、载荷比和保载时间对裂纹扩展速率的影响,并分析了每种载荷条件对裂纹扩展期间损伤积累的贡献．结果表明：纯蠕变裂纹扩展模拟结果中,考虑所有蠕变阶段的本构模型计算结果与实验结果一致性最高．载荷从5 k N增加到7 k N,考虑蠕变第Ⅰ、Ⅱ阶段的裂纹扩展速率平均预测差异由0.57增至0.61,考虑蠕变第Ⅱ阶段和考虑蠕变第Ⅱ、Ⅲ阶段分别由0.67减至0.64、由0.16减至0.07．蠕变-疲劳裂纹扩展模拟结果显示,随着载荷幅值从5 k N增大至7 k N,载荷比从0.01增至0.50,裂纹扩展速率前者增大、后者减小,da/dt-C_t,avg曲线斜率基本不变,同时蠕变损伤占比增大,疲劳和交互损伤占比减小,各加载情况结果的蠕变损伤均占主导,其次为交互损伤,疲劳损伤占比最小．随保载时间从1 s增加到1 800 s,循环相关的裂纹扩展...     

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。     

吸力式沉箱基础考虑土体流变效应的p-y曲线法

为了考虑土体流变效应对吸力式沉箱基础承载特性的影响,通过建立理想弹塑性p-y曲线法中土抗力系数与时间变量之间的关系,提出了一种考虑土体流变效应的吸力式沉箱基础长期性能分析方法.基于2组不同水平荷载作用下的长期模型试验,采用Matlab拟合土体参数试验数据,获得关于时间变量的理想弹塑性p-y曲线模型,并采用该方法对模型试验结果进行分析.结果表明:在长期模型试验中位移与土压力发展主要集中在试验前期,后期位移与土压力稳定需要更长时间,土体流变效应较为明显.理论计算值与实测值随时间变化规律类似,理论计算结果与试验结果相差8%左右,说明长期水平荷载下考虑时间因素的p-y曲线计算结果能较好地吻合试验值.     

基于改进分数阶黏滞体的岩石非线性蠕变模型

通过将表征应力水平对岩石非线性蠕变特性影响的函数引入到常规分数阶黏滞体的本构关系中,提出一种改进的分数阶黏滞体;基于岩石非线性流变力学理论,提出一个能够描述岩石加速蠕变的非线性黏滞体,其黏滞系数随应力水平提高和蠕变时间延长而逐渐减小;将改进的分数阶黏滞体、非线性黏滞体与基本弹性体和塑性体进行组合,建立一个新的4元件非线性黏弹塑性蠕变模型,给出模型的蠕变方程,并利用岩石蠕变试验结果对模型合理性进行验证。研究结果表明:该模型能够较好地描述岩石蠕变全过程的3个阶段,且拟合曲线和试验曲线吻合良好,误差较小。     

海陆交互相黏性土蠕变试验与经验模型研究

海陆交互相沉积土是在复杂的沉积环境下形成的,其力学性质与其他沉积土有所区别.针对大连海陆交互相黏性土原状样,采用三轴排水蠕变试验对黏性土的蠕变特性进行了研究,分析了轴向应变、体应变、轴向应变速率与蠕变时间、偏应力间的关系.基于蠕变试验结果,耦合Mesri模型与三次多项式,建立了可以描述土体衰减蠕变与加速蠕变过程的经验模型.结果表明,该地区土体具有典型的非线性蠕变特性,随着偏应力的增加,非线性蠕变特性愈加明显.在低偏应力作用下,蠕变过程表现出衰减蠕变与剪缩特性;在破坏偏应力下表现出加速蠕变与剪缩、剪胀交替特性.轴向应变速率随着蠕变时间的增加而减小,随着偏应力的增大而增大,而偏应力对m值(曲线斜率)的影响较小.试验结果与模型计算结果吻合较好,表明新建模型适用于描述该地区海陆交互相黏性土的蠕变特性.     

湖相软土单轴蠕变特性及其模型研究

通过长期单轴蠕变试验,获得了湖相软土在不同应力水平下的应力-应变-时间的关系曲线,据此研究该软土的蠕变变形特性;在此基础上,利用非线性牛顿黏壶代替广义西原模型中的线性牛顿黏壶,将其从一维泛化到三维应力空间,建立了改进广义西原模型;利用曲线拟合法确定蠕变模型参数,并对该模型进行数值模拟验证。结果表明：软土在加载的瞬时均有一定的瞬时变形,然后随时间的延长,变形也明显增加;当应力水平低于50 kPa时,土体蠕变变形以衰减蠕变为主,处于黏弹性阶段;当应力水平高于50 kPa时,土体出现了衰减蠕变和稳定蠕变,呈塑性,并进入黏塑性阶段;由于环刀的侧限作用,软土土样未出现加速蠕变;改进广义西原模型具有非线性,由其计算所得的理论曲线能较好地与实测的蠕变试验曲线相吻合。     

R60702锆材小冲孔蠕变特性

小冲孔蠕变试验技术是一种采用微小试样、近乎无损地评定材料高温力学性能的新方法.为了研究R60702锆在200 ℃下蠕变特性,对R60702锆材试样进行了载荷为454～572 N的小冲孔蠕变试验,得到了R60702锆材试样蠕变挠度时间曲线.结果表明:R60702锆材在200 ℃时存在着明显的蠕变现象,而且在载荷水平较高时具有明显的蠕变曲线三阶段的特征;建立了一种新的Norton方程关系式εc=A(σ-σcon)n;R60702锆材在200 ℃时的蠕变机理为位错蠕变.     

分级卸荷条件下软土蠕变特性的试验研究

采用改进的普通三轴仪对武汉地区代表性的粉质粘土进行了室内固结排水分级卸荷蠕变试验.实验表明：固结时应力水平越高,最终蠕变变形越小;固结时应力水平越低,在相同偏应力作用下土体越容易破坏;土体的长期强度会增加土体的蠕变性质.在对试验数据进行分析的基础上,引入积分型的本构方程来描述软土在卸荷条件下的蠕变规律,利用最小二乘法原理对模型中的参数进行拟合,通过拟合结果与试验曲线的比较,表明了所建模型的正确性与合理性.     

砂土地基中五个扩展基础加载试验成果的分析

采用修正弦线模量法对Briaud和Gibbens所做的一系列砂土地基中的基础加载试验成果进行比较分析.首先对不同基础加载试验曲线进行归一化处理,获得不同基础荷载与相对沉降的归一化曲线,该曲线与计算曲线相吻合;其次,对基础加载后分层土随深度变化的应变规律进行总结,修正弦线模量法计算结果除基底附近浅部土层外,其余土层大致吻合,其应变值随深度增加而减少,基底附近浅部土层例外的原因在于基底粗糙度对地基的侧向变形.分析结果表明:修正弦线模量是一种地基的等效模量,采用该模量按分层总和法预测地基在各级荷载下的总沉降比较可靠,但预测每一分层土的沉降还不够准确,原因在于修正模量法未考虑基础底面粗糙度对地基土侧向变形的约束作用.     

采用修正弦线模量法预测基础的非线性沉降

提出在无粘性土地基中依据载荷试验测试数据反求不同应力水平条件下地基土的修正弦线模量,然后采用该参数预测地基非线性沉降的计算方法,并采用Briaud和Gibbens所做的一系列砂土地基中的基础加载试验成果进行验证.验证时首先根据1m×1m小基础的荷载沉降观测资料反求地基土的修正弦线模量,然后采用分层总和法计算1.5 m×...     

采用修正割线模量法分析地基的非线性沉降

提出了一种考虑时间因素的地基非线性沉降计算新方法,即修正割线模量法．该方法的计算原理是利用反馈修正技术依据地基载荷试验曲线反求各级荷载下地基土不同附加应力水平区段的修正割线模量,附加应力计算采用Boussinesq弹性理论解,采用分层总和法计算地基沉降．采用修正割线模量法对Briaud和Gibbens（1993）所做的一系列砂土地基中的基础加载试验成果进行分析．通过对不同基础加载试验曲线进行归一化处理,获得不同尺寸基础的荷载与相对沉降的归一化曲线,该曲线与计算曲线相吻合;采用修正割线模量法计算得到的不同尺寸基础对应于沉降25mm及150mm的荷载Q25及Q150与实测结果的误差在10％以内,根据南侧及北侧3m基础30min加载试验确定的蠕变指数m分别为0．036和0．030,计算得到2014年（20年后）2个3m基础所发生的总沉降分别为39．6mm和36．7mm．     

光氧老化对聚丙烯长丝蠕变行为的影响

分别在室内环境及人工加速老化条件下对聚丙烯长丝进行恒定载荷作用下的蠕变实验，在同样的外载荷作用下，受到紫外辐射的作用而发生光氧老化的聚丙烯长丝，其蠕变速率系数有所增大；恒定载荷越大，紫外辐射对材料蠕变的影响越明显；有紫外辐射情况下，恒定载荷大小对蠕变的影响也会变得明显。对不同蠕变时间的聚丙烯长丝进行强力和粘度测试，观察其蠕变过程中性能的变化情况，发现断裂强力和相对分子质量均有所降低，说明在紫外辐射作用下，材料发生光氧老化反应，大分子的降解使微观结构发生改变，导致断裂强力及蠕变行为的变化。     

板裂介质围岩的流变屈曲研究

针对板裂和似板裂介质结构围岩体的流变特性，建立了粘弹性围岩岩层的屈曲模型。给出了可描述巷道围岩蠕变特征的岩板松弛模数，及在一定载荷作用下粘弹性岩板的屈曲和后屈曲，临界载荷特性曲线。分析计算表明，当岩板的压应力水平增大到亚临界屈曲状态时，由于材料的非稳定蠕变特征将引起岩层的分岔失稳，围岩发生后屈曲破坏。后屈曲模态幅值可作为岩层破坏的位移判据及时间判据。     

炭质板岩三轴压缩蠕变特性及其本构模型

采集兰渝铁路木寨岭隧道炭质板岩制备试样,开展了三轴蠕变试验,研究了不同层理面与轴向荷载夹角下的试样蠕变特性.根据试验结果提出了岩石横观各向同性蠕变本构模型,由于炭质板岩性质的方向性,其蠕变势函数与常规势函数相比需要更多的参数.此外,结合试验数据开展了蠕变参数反分析研究,可以减少蠕变试验数目,在工程应用中具有一定优势.研究结果为了解岩石横观各向同性和制定相关地层支护方案提供了科学依据.     

重复列车荷载作用下多年冻土路基长期变形分析

在青藏铁路北麓河段选取素填土路基断面开展列车通过实时振动测试,得到车载作用下路基路肩处的加速度时程曲线,并将该动力荷载转化为作用在路基表面的等效均布荷载.基于冻土三轴流变实验结果,对典型的青藏铁路多年冻土路基进行了重复列车荷载作用下的蠕变分析,得到了机车荷载作用下冻土路基所产生的长期变形量,量化了该部分变形在路基总变形中所占比例.研究结果表明,机车荷载作用下路基两侧坡脚产生较大的剪应变,并且逐渐向上扩展,垂直方向变形占总变形量的10%左右.     

基于粒子群-最小二乘法的岩石流变模型参数反演

为解决参数数量随加载级数增加而成倍增加,对参数反演带来困难这一问题,在分级加载蠕变模型中,根据粒子群算法和最小二乘法对参数反演的特点,先采用粒子群算法(PSO)对模型参数进行反演得到一个全局次优粒子,再将其作为初始值对模型参数进行最小二乘法反演.工程实例表明,粒子群-最小二乘法反演可以很好地应用于分级加载蠕变模型的参数反演.     

西安地区Q2黄土应力-应变-时间关系的试验研究

为了研究黄土地区许多工程现象的本质原因,探讨应力—应变—时间的关系,对西安地区Q2黄土在改造后的固结仪上进行了单轴无侧限蠕变试验。加载方式为分级加载,通过使用坐标平移法处理蠕变曲线后得到应力—应变等时曲线。研究发现Q2黄土在不同的应力水平下表现出不同的蠕变形态,应力—应变等时曲线上有一较明显的拐点,拐点对应的应力即为屈服应力,屈服应力随着含水率的增加而呈指数降低,当应力水平小于屈服应力时,黄土表现为线性粘弹性特性;当应力水平大于屈服应力时,黄土表现为线性粘塑性特性。