软岩蠕变特性的数值分析

为了对高应力条件下岩石的变形特性进行准确的预测和预报,根据软岩蠕变特征,基于伯格(M-K)蠕变模型,考虑材料的粘弹性应力偏量特性与弹塑性体积变化特性,假定粘弹性和塑性应变分量经串联方式共同作用,建立了软岩蠕变特性的数值模型,并对Ⅴ类围岩的蠕变特性进行了数值模拟。结果表明,在高应力条件下,蠕变使围岩变形加剧,且蠕变变形随主应力差的增加而增大。     

冻结红层软岩的蠕变特性研究

为研究第三系红层软岩在低温下的蠕变特性,对冻结红层进行单轴蠕变试验,试验结果表明,在应力水平较低时,软岩只存在衰减蠕变,随着应力水平的增大,当超过流变长期强度时,出现了非稳定蠕变;同时,随着温度的降低,软岩的瞬时应变量和蠕变量都会明显减少,而长期强度则有较大幅度的增长,说明温度对软岩及冻结壁的流变性质影响十分显著。引入与时间和应力相关的非线性黏滞系数和时间开关函数,对西原模型进行改进,得到了可以描述加速蠕变的非线性流变本构模型,通过试验数据对冻结红层软岩的参数进行了辨识。将流变模型嵌入到abaqus有限元程序,并对井筒开挖进行数值模拟,获得冻结壁最大位移与时间曲线,通过与实测值进行比较,两者较为吻合。可见,建立的流变模型能够很好的描述冻结红层软岩的蠕变规律。     

软岩的非线性蠕变模型及其稳定性分析

为了更明确地描述软岩蠕变过程与稳定性的对应关系;采用微分方程描述方法,建立了软岩全程应力应变过程中的非线性蠕变模型,分析了软岩的蠕变过程和对应阶段的稳定性,讨论了蠕变过程中模型参数的变化规律及其对应的稳定性;在不同的应力水平下,对应不同的蠕变过程。广义弹性摸量小于零时,对应第三阶段蠕变。在第二、三阶段蠕变,系统状态均是非稳定的。利用软岩在第三阶段蠕变的对应加速蠕变特性,可为预测、预报系统的失稳现象提供理论依据。     

深层隧洞围岩的粘弹——粘塑性有限元分析

本文试用凯尔文(Kelvin)体和宾哈姆(Bingham)体相串联的粘性流变模型描述深层隧洞围岩按匀质、各向同性连续介质分析时的瞬时与蠕变变形,并编制了平面应变问题的有限元计算程序。该计算模型和电算程序具有处理隧洞围岩的瞬弹性、粘弹性、粘塑性等性态的多种功能,主要适用于研究如盐岩、页岩、泥灰岩等较软弱岩层的粘性机理。文后举例说明了按本文建议方法作数值解的结果。     

软岩非定常分数阶导数流变模型研究

岩石流变特性的研究对边坡、隧道、核废料存储等工程具有十分重要的意义.本文基于分数阶导数理论,针对软岩稳态蠕变阶段具有明显的非线性特征,将应力水平对岩石非线性蠕变特性的影响引入Abel黏壶的本构关系中,提出了一种改进的Abel黏壶,建立了一个新的非线性黏弹塑性蠕变模型,并推导了在恒应力状态下三维蠕变本构方程.论文进一步利用软岩流变试验数据对模型参数进行了拟合分析,模型能够较好的模拟软岩流变的全过程,验证了本文模型的正确性与合理性.     

采用分数阶导数描述胶凝原油的流变模型

提出了采用分数阶导数的新流变模型理论来描述胶凝原油蠕变特性和动态粘弹特性的方法.由Maxwell体和分数阶导数的类Kelvin体组合建立了类Burgers体流变模型,并推导得到了分数阶导数类Burgers体的蠕变柔量表达式.试验验证了该模型能精确描述胶凝原油的蠕变过程,而经典的标准粘弹性固体模型和粘弹性流体模型都不能很好地拟合蠕变试验曲线.试验还验证了分数阶导数的类Kelvin体和类标准线性体都能精确描述胶凝原油的动态粘弹性能,而经典的标准粘弹性固体模型同样也不能很好地拟合动态粘弹试验曲线.     

采用分数阶导数描述胶凝原油的流变模型

提出了采用分数阶导数的新流变模型理论来描述胶凝原油蠕变特性和动态粘弹特性的方法.由Maxwell体和分数阶导数的类Kelvin体组合建立了类Burgers体流变模型,并推导得到了分数阶导数类Burgers体的蠕变柔量表达式.试验验证了该模型能精确描述胶凝原油的蠕变过程,而经典的标准粘弹性固体模型和粘弹性流体模型都不能很好地拟合蠕变试验曲线.试验还验证了分数阶导数的类Kelvin体和类标准线性体都能精确描述胶凝原油的动态粘弹性能,而经典的标准粘弹性固体模型同样也不能很好地拟合动态粘弹试验曲线.     

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。     

考虑蠕变损伤的Q_2黄土流变本构模型

根据Q2黄土的流变特征,其粘弹性特性可采用五元件广义的Kelvin模型来描述,其线性粘塑性特性可用与一滑块并联的Maxwell模型来描述,而非线性粘塑性特性,可通过损伤与塑性应变的耦合作用来反映。在考虑黄土瞬时损伤、蠕变损伤及黄土粘弹塑性组合模型的基础上,应用应变等效原理,建立了蠕变损伤流变本构模型,并通过拟牛顿法确定了相应的模型参数。该模型能够较好地描述黄土的加速蠕变过程,具参数少、适用性广的特点。     

基于互层岩体的非定常黏弹塑性蠕变模型及有限元分析

为研究互层岩体在考虑时效变形作用时的蠕变特性，提出了一种考虑应力、应变阈值的非定常黏弹塑性五元件模型。该模型能够同时描述岩体的瞬时弹性应变、黏弹性蠕变、线性黏塑性蠕变和非线性黏塑性蠕变（加速蠕变），推导得出了其在三维应力状态下的蠕变方程；基于ABAQUS有限元软件完成了UMAT子程序的研发，并通过对比岩体的室内蠕变试验与该模型数值模拟结果来验证模型的适用性。结果表明：蠕变试验结果与数值计算结果相吻合，非定常黏弹塑性模型不仅可以精确描述减速蠕变和稳态蠕变过程，还可以较好地描述岩体的加速蠕变过程，从而验证了该模型的适用性与有效性。     

不同应力路径下卸围压流变试验分析及模型辨识

以大岗山水电站坝基的辉绿岩为研究对象,进行σ1恒定卸围压和σ1-σ3恒定卸围压流变试验,分析2种不同应力路径下辉绿岩的流变变形特征.引入屈服接近度指标来评价卸围压流变过程中不同三向应力状态下岩样临近屈服破坏的程度,并以此作为试验曲线中等速蠕变和加速蠕变的区分标准.最后对Burgers模型进行参数变异处理.研究结果表明:在2种方式下和在卸围压过程中,岩样的横向变形都表现为侧向膨胀,但轴向变形规律并不相同:σ1恒定时轴向变形一直轴向压缩,而σ1-σ3恒定时先是有微小增大再逐渐转变为轴向压缩.这说明随着围压的不断卸载,岩体变形逐渐由弹性向塑性转变并最终破裂,线弹性理论已不再适用.加速蠕变阶段的串联黏滞系数出现了非线性交化,以此来描述加速蠕变.参数变异的Burgers模型可以描述岩体的减速、等速和加速蠕变阶段,拟合结果与试验结果吻合较好.     

一种岩石的损伤流变模型

根据石膏角砾岩的蠕变特性,建立了石膏角砾岩的粘弹塑性流变组合模型;在此基础上,采用统计损伤理论,并考虑了损伤门槛的影响,建立了考虑损伤门槛的统计损伤本构方程;根据应变等效原理,建立了石膏角砾岩的损伤流变模型。通过试验验证,理论计算结果与石膏角砾岩蠕变试验结果吻合较好,表明所提出的损伤流变模型可以较好的描述石膏角砾岩的非线性流变。     

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εc,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。     

考虑温度影响的大体积混凝土应力场分析方法

在大体积混凝土应力场计算中,混凝土的弹性模量和徐变变形都与温度有关,温度场应力场存在耦合现象.根据温度损伤和温度对徐变的影响,建立了考虑温度影响的混凝土弹性模量表达式和徐变应变计算的递推公式.应用粘弹性与损伤耦合和正交各向异性损伤理论,描述了混凝土在高应力水平下的非线性徐变特性和由于微裂缝扩展引起的刚度退化与应变软化,建立了考虑温度影响的大体积混凝土结构应力场分析的有限元表达式.将这一结果应用于沙牌拱坝应力场计算中,考虑温度影响后,发现坝体局部应力可能出现恶化,对开裂控制不利.     

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。     

蠕变试验中流变模型辨识及参数确定

对岩石流变性态作了全面分析，提出了能描述岩石最复杂流变性态的流变模型，介绍了用不同应力水平下的蠕变试验加载卸载曲线辨识各种流变模型及其参数的方法。     

沥青混合料损伤蠕变模型试验研究

在三元件黏弹性模型基础上耦合一个连续性损伤因子,构建一个能够描述沥青混合料三阶段蠕变全过程的损伤蠕变模型。综合考虑黏弹性特性与损伤机制,推导了该模型的本构方程,分析了沥青混合料的蠕变特性。通过沥青混合料在不同应力水平下的单轴压缩蠕变实验,编制非线性拟合程序,得到模型参数和损伤演化曲线。将不同应力条件下模型预测值与实验结果进行对比,结果表明,该模型能准确反映不同应力水平下沥青混合料蠕变过程三个阶段的特征和进入破坏阶段的临界时间。     

路用红砂岩粗粒土的流变特性试验研究

为了研究红砂岩粗粒土高速公路路堤填料的流变工程性质,利用大型三轴流变试验仪对路用的90区和93区红砂岩粗粒土进行低应力状态(σ3=100,200和300 kPa)的三轴流变试验,研究红砂岩粗粒土在低应力下的流变规律以及应力状态对体积流变分量和剪切流变分量的影响。引入Morgan-Mercer-Florin核函数,建立描述红砂岩粗粒土的体积流变分量-时间的关系和剪切流变分量-时间关系模型,提出红砂岩粗粒土最终体积流变量和最终剪切流变量公式。最后,建立一个基于Morgan-Mercer-Florin函数新的红砂岩粗粒土流变本构模型,确定压实度为90％和93％的红砂岩粗粒土的流变模型参数,并将Morgan-Mercer-Florin模型嵌入椭圆-抛物线双屈服面弹塑性本构模型,用于描述红砂岩粗粒土的粘弹塑性性质。流变试验结果表明:球应力(p)对最终体积流变分量影响很大,应力水平(S)对最终剪切流变分量影响显著,最终体积流变量和最终剪切流变分量可以分别用p和S表示。