抚顺西露天矿泥岩蠕变特性试验及介观模型研究

为研究抚顺西露天矿边坡中泥岩蠕变特征,利用ITZ-1型三轴剪切仪,采用陈氏分级加载法对抚顺西露天矿边坡中的岩样进行蠕变试验,获得岩样蠕变曲线。对试验数据进行数值拟合得到改进的Burgers模型基本参数,在ABAQUS有限元分析软件中对改进的Burgers模型二次开发编写UMAT子程序。通过Python脚本结合Voronoi多边形法建立岩石介观结构模型,模拟得出岩样蠕变曲线,分析试验蠕变曲线及数值模拟得出的介观尺度损伤。研究结果表明：抚顺西露天矿边坡中泥岩具有减速和等速蠕变阶段特性,岩石介观模型模拟所得蠕变结果与试验结果误差较小,泥岩中沿轴向生长的介观结构更易发生损伤、破坏。所建岩石介观模型可以更精确地模拟岩石介观结构特征,为工程实际中的岩石力学仿真模拟提供参考。     

边坡蠕变失稳研究

边坡在各种地质营力的作用下,它的外形和内在的工程水文地质特性都会随着时间不断地发生变化.采用PLAXIS有限元分析程序来分析边坡的蠕变破坏特性、过程和稳定安全系数随时间变化的规律问题,说明边坡的蠕变特性与岩土体的蠕变特性相似.     

基于分数阶微积分的岩石硬性结构面蠕变本构模型

结构面普遍存在于工程岩体中,影响工程安全。对含结构面岩体的蠕变特性及本构模型的研究对揭示岩质边坡蠕变机制及边坡失稳预测具有较大的意义。利用水泥砂浆制作非贯通硬性结构面试样,进行剪切蠕变试验,并对蠕变特性进行分析。将整数阶黏壶元件改进为分数阶微积分软体元件,并替换Kelvin模型中整数阶黏壶元件,同时引入能够模拟结构面加速蠕变过程的非线性黏性元件并将其非定常化,采用元件组合方式,构建基于分数阶微积分的岩石硬性结构面蠕变本构模型。以非贯通硬性结构面和贯通型硬性结构面试样剪切蠕变试验数据为基础,分别对本构模型进行验证并对待定参数进行辨识。结果证明,试验值和预测值之间相关性程度R~2均较高,非贯通硬性结构面和贯通型硬性结构面相关性R~2分别达0.94和0.97,表明该模型能较好地模拟非贯通硬性结构面和贯通型硬性结构面岩体蠕变特性,对揭示岩质边坡蠕变机制和时效演化有重要意义。     

基于软岩流变特性的边坡动态稳定性分析

以新疆华宏矿业北山露天煤矿边坡砂质泥岩为对象,对砂质泥岩弱层进行室内单轴压缩蠕变实验研究.采用西原体蠕变模型得到砂质泥岩的蠕变方程和松弛方程,结合Hoek-Brown准则反演了砂质泥岩弱层岩体的时变强度参数.应用FLAC3D有限差分模拟软件,对北山煤矿首采区非工作帮边坡进行动态稳定性分析.结果表明,由于砂质泥岩弱层强度参数随时间不断减小,边坡安全系数随之降低,历时18年左右,边坡安全系数从159逐渐降低到115,低于规范要求.研究结果为服务年限内矿山边坡动态安全预测提供了理论依据.     

倾倒变形边坡层间破碎带土体三轴蠕变试验研究

倾倒变形是工程边坡变形中常见的一种形式。发生倾倒变形的影响因素很多,其中,层间破碎带的发育极大的促进了边坡倾倒变形的发生。从澜沧江某水电站的倾倒变形边坡中取样来进行三轴蠕变试验。首先,分析层间破碎带土体的蠕变特性;其次,优选出适合蠕变特征曲线的本构模型,该模型为Burgers模型,并确定该模型参数;最后,以实验的成果为依托确定了层间破碎带土体的长期强度为瞬时强度的0.47~0.58倍。这对评价倾倒变形边坡的长期稳定性有着重要的现实意义,同时也为以后类似工程提供借鉴。     

突出煤三轴蠕变特性及本构方程

以松藻矿务局打通一矿原煤制备的型煤为研究对象,研究了该煤样在围压作用下的蠕变特性规律,分析了产生此蠕变规律的原因,回归得到该煤样蠕变的经验公式,运用广义西原蠕变模型描述了型煤蠕变的三阶段,并确定了相关参数.结果表明:在围压作用下,蠕变载荷满足σ≥σs时,型煤蠕变曲线具有完整的三阶段;拟合曲线可以数学表达实际型煤蠕变的前2个阶段;广义西原模型是可以表征围压作用下型煤蠕变三阶段的本构模型.     

原状黄土一维蠕变试验及蠕变模型

中国高速公路银百线陕西境段的控制性工程支党河特大桥经过黄土大沟壑地区,区内存在一大型HP15古滑坡体,从长期角度看可能对桥梁后期稳定性存在威胁,为合理制定防范措施,需要研究黄土的长期蠕变特性.基于该工程面临的实际难题,开展了HP15滑坡体原状黄土在不同应力状态和含水率下的单轴蠕变特性实验,建立了基于Burgers模型的单因素、双因素元件蠕变模型,并通过实验数据曲线拟合的方式建立了考虑时间、含水率和应力状态的3因素经验蠕变模型,扩展了蠕变模型的适用范围,进一步提高了模型对实验黄土蠕变特性的表达,同时也为该黄土边坡的长期损伤防治提供实验基础和理论指导.     

压实Q3马兰黄土蠕变规律研究

为了研究压实Q3马兰黄土的蠕变特性,开展不同压实度、不同含水量下压实土的单轴排水与不排水蠕变试验,得到其轴向应变-应力-时间关系,采用已有的经验模型及H-K、Burgers、M-B元件模型分别描述其蠕变规律并对比分析其适宜性,采用能综合反映蠕变特性参数的等效蠕变模量E(t)来分析不同因素对蠕变规律敏感性。研究结果表明:Q3马兰黄土的蠕变特性对含水量敏感程度较大,对压实度次之,排水条件对低含水量和低压实度土体的蠕变特性敏感程度较大;采用M-B元件模型能够较准确地描述其瞬时弹性应变、衰减蠕变和稳定粘滞流动三个阶段,通过等效蠕变模量E(t)能够较好地反映不同初始条件下的蠕变效应,得到了E(t)与含水量w和轴向荷载σ0的经验公式。     

基于损伤力学的砂岩蠕变模型研究与参数辨识

在Burgers模型的基础上,应用损伤力学的原理,通过引入3种不同的损伤变量演化规律,建立了改进Kachanov蠕变损伤模型、应变控制蠕变损伤模型和统计损伤模型,模拟向家坝砂岩三轴蠕变试验,并进行模型参数辨识及参数敏感性分析.3种蠕变损伤本构模型都能够较好地模拟蠕变全过程曲线,且各模型对曲线的模拟有着各自的特点.对比分析各个蠕变损伤模型,说明了提出的3种蠕变损伤本构模型都能够很好地反映砂岩的流变特性,但相比而言统计蠕变损伤模型更具有优势.本文研究为岩石工程的长期稳定性分析提供了理论参考.     

饱和砂土蠕变特性实验

为证实和进一步了解砂土蠕变规律,利用室内改装的应力控制式三轴仪研究饱和砂土排水蠕变特性.实验结果表明:砂土蠕变受围压和密实度的影响较大,低围压下,砂样更易发生剪胀;密实砂蠕变变形量明显比中密砂小,密实砂比中密砂更易剪胀;侧向减载条件比轴向加载更易剪胀;在应力水平不超过0.8的情况下,Mesri蠕变模型对砂土蠕变规律拟合效果较好.     

沥青砂浆的单轴拉伸蠕变特性

根据大量单轴拉伸蠕变试验数据,论证和比较沥青砂浆材料的蠕变规律。并应用非线性回归分析得到该材料受单轴恒定荷载下的应力应变关系,可较好地符合粘弹性四元流体模型（即伯格斯模型）和指数模型。从而为解决实际工程问题提供了基本的单轴拉伸蠕变特性。     

黄土地区高边坡锚索预应力损失与土体蠕变耦合模型研究

预应力锚索锚固技术由于能有效控制边坡变形而得到广泛应用,但同时也出现大量因锚固力损失而造成工程失效的问题.建立以M-2K模型为基础,适用于黄土的锚索与边坡蠕变耦合的M-B-B模型,并推导其相应的本构方程、松弛方程和蠕变方程,从理论上解决了锚固力变化与坡体蠕变之间的关系问题.以兰州市城关区某不稳定斜坡治理工程为例,采用遗传算法反算出模型土体蠕变参数,与已有M-K-B模型拟合情况进行对比.结果表明:M-B-B模型更适用于黄土地区的高边坡,可以用来长期预测预应力变化;由于该工程部分为填土,填土部分水平变形较大,使得在预应力损失稳定阶段之前存在预应力缓慢上升阶段,而M-B-B模型则能完美契合该变化;其研究成果可供锚固工程的设计、施工和安全运行参考.     

非饱和土蠕变力学特性试验及分段模拟

水电工程中库岸边坡流变效应显著,以库岸边坡非饱和粉质黏土为例,描述其蠕变力学行为,开展基质吸力控制条件下的三轴压缩固结排水蠕变试验。试验表明:①非饱和粉质黏土在不同应力水平下蠕变曲线形态较为相似,在同一应力水平下,土样的瞬时应变都大于蠕变应变;②随着应力水平的提升,土样的瞬时应变和蠕变应变都呈递增趋势,且瞬时应变的增长幅度大于蠕变应变;③在不同基质吸力条件下,非饱和等时偏应力-应变关系均表现出较为明显的非线性特征。基于试验成果,分析粉质黏土蠕变变形特点,提出分段模拟的思路来描述瞬时应变和蠕变应变,分别构建考虑基质吸力的弹性体和分数阶黏滞体,由此建立可考虑基质吸力的非饱和粉质黏土蠕变本构模型。通过所建模型对本文和相关文献中非饱和粉质黏土蠕变数据进行辨识,对比分析试验曲线和预测曲线,证明所建模型的合理性和适用性。研究成果为库岸边坡长期稳定性研究提供一定参考。     

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。     

降雨条件下花岗岩残积土边坡失稳模式及预警阈值现场试验

降雨是诱发边坡失稳的主要因素,为探明不同降雨强度条件下花岗岩残积土边坡的失稳模式,通过75mm/h、125mm/h、150mm/h、175mm/h等4组不同降雨强度下边坡失稳现场试验,基于工程边坡原位监测试验采集的含水率-时间与位移-时间曲线研究了花岗岩残积土边坡渐进失稳破坏特征,并提出了降雨条件边坡失稳的持续时间与降雨量阈值。研究表明:降雨条件下花岗岩残积土边坡为渐进失效破坏,根据降雨强度斜坡失稳破坏可分为“浅层局部滑动”、“浅层整体滑动与崩塌”、“深层局部滑动”、“深层整体滑动”等四种模式,斜坡发生变形失稳的区域主要位于坡脚位置,坡中次之,坡顶最小。边坡深层滑动从显著变形到失稳破坏历时18~20min,而浅层滑动持续时间为25min~135min。土壤界限含水率可特征边坡失稳破坏过程,当斜坡土壤含水率上为42～45%时,斜坡开始出现开裂、蠕动变形等失稳征兆;当土壤含水率上升到47～50%时,坡面土体开始崩解并迅速发生滑坡、崩塌。     

龙滩水电站左坝肩蠕变体B区治理研究及实践

龙滩水电站是目前世界上已建或在建的最高碾压混凝土重力坝.受地形地质条件的限制,左岸地下厂房进水口紧靠已经发生弯曲倾倒变形的反倾向层状结构蠕变岩体,其体积约1200×104m3.主要对B区岩体的倾倒蠕变特性及成因进行分析,通过多方案比较优化研究,确定了以排水为主,压脚治理为辅的综合治理设计方案.为评价治理效果,运用多种方法对边坡的稳定状态进行了数值计算分析,以及对监测资料进行了综合归纳分析,认为:强风化线或蠕变岩体折断面控制着边坡岩体的变形,岩体变形速率逐渐变小,目前已经基本稳定.     

几个扩展基础上的载荷试验及其蠕变行为研究

应用一个新的模型分析了几个扩展基础载荷试验,着重揭示前人无法解释的土体的蠕变行为。发现:使用的模型能够表征扩展基础载荷试验下土体的蠕变行为,且经模型变换后的应变时间曲线在双对数轴上是一条直线,其斜率为模型的指数n值,且n的取值与模型的参考量无关;载荷试验下土体蠕变行为的原始数据受到木制反力梁的自重蠕变、卸载-再加载、不等的蠕变观察时间等三个因素的干扰,当剔除这些干扰后得到的n值荷载水平曲线,显示n值与应力水平无关,n可以被看作表征土体的蠕变特性的一个指标。     

盐岩层大位移井蠕变规律影响因素分析

中东油田碳酸盐岩上方往往覆盖着巨厚盐岩层,在应力作用下会发生蠕变造成缩径,大位移钻井时容易出现钻具卡钻事故。现有的盐岩层蠕变分析模型或者是基于二维平面模型,或者是利用有限元进行数值模拟,缺少定向井三维蠕变解析模型,不利于表征盐岩层蠕变规律和影响因素之间的关系。在黏弹性理论的基础上,采用开尔文-沃伊特蠕变模型,结合直角坐标系和圆柱坐标系下斜井井壁应力公式,推导了大位移井三维蠕变解析表达式。利用此解析模型,定量分析了盐岩层在不同钻井液密度、蠕变时间、方位角以及井斜角下的蠕变规律,对现场大位移钻井成功钻穿盐岩层提供了指导作用。     

型钢框架-锚索-岩土体耦合蠕变行为

通过现场试验，揭示了型钢框架-锚索-岩土体的耦合蠕变行为，建立了支护体系耦合效应下锚索蠕变模型和锚固力损失计算模型.基于蠕变损伤理论构建了锚固力损失过程中等效蠕变刚度损伤计算模型.研究结果表明，粉土地层中，拉力型锚索在有效锚固长度范围内增加锚固段长度可提高其抵抗蠕变能力，压力型锚索受锚固体挤胀作用影响，可有效减小锚固力损失.型钢框架-锚索-岩土体耦合蠕变模型及锚固力损失计算模型皆展现出较好的计算效果，等效蠕变刚度损伤模型可有效预测等效蠕变刚度的损失状态，并准确描述锚固力的衰减规律.