根据长期单向压缩试验结果确定三维流变模型参数

将一维西原模型的应力–应变关系推广为三维应力状态的弹-粘弹-粘塑本构方程,以其竖向应变表达式作为基本方程,对长期单向压缩试验结果进行曲线拟合,从而确定该流变模型的本构参数。该方法简便快捷,所获参数物理意义明确,可推广应用于其它流变模型的参数确定。

软土流变特性的室内试验与改进的西原模型

详尽描述了软土流变特性的室内直剪实验方法,探讨了实验中需特别注意的加载方法、试样保存以及试验数据读取等一些重要问题.通过对现有流变模型的分析及结合室内直剪蠕变试验结果,用非线性牛顿体替代线性牛顿体,从而对西原正夫模型进行了改进,并导出了改进后模型的本构方程.最后,采用本文改进模型对实验结果进行了非线性分析,获得了相应的实验拟合曲线及模型的参数值,结果表明,理论计算与实测结果吻合良好.

粉砂质泥岩的三轴蠕变试验研究

为了揭示分布于北天山中西部的志留系上统紫红色粉砂质泥岩的蠕变特性,为拟建于此的某深埋越岭特长隧洞的设计、施工,以及长期稳定问题评价提供依据,通过钻孔取样进行了三轴蠕变试验研究。试验在5台岩石三轴蠕变试验机上进行,围压分别为0、5、102、03、0 MPa。试验取得以下主要成果:1)揭示了这类黏土岩的蠕变特性可用西原模型加以描述,并由此建立了蠕变本构方程;2)采用曲线求参法求解了各流变参数;3)采用叠加原理与等时曲线法获得了岩石的长期强度;4)各蠕变参数随围压的升高而增大,长期强度较瞬时强度降低的幅度亦随围压升高而增大,单轴条件下降低25%,30MPa围压时降低52%;5)抗剪断长期强度较瞬时强度降低了60%(内聚力)和36%(内摩擦角)。这些成果为工程建设提供了科学依据,试验方法与成果整理方法可供同类工程参考。同时,还通过常规试验获得了该类岩石的主要物理力学性能,这将有助于蠕变试验成果在其他工程中类比使用。

考虑土体蠕变特性的桥台软基变形分析

针对软土地区的桥梁常因软土蠕变而产生病害的问题,研究了土体蠕变特性对桥台软基变形分析的影响。首先引入改进的西原模型;然后将桥台及软基简化为可共同考虑土体蠕变的桩-土-桥台共同工作的有限元计算模型,基于蠕变计算的时步-粘性初应变法,给出可考虑软土蠕变非线性特性的有限元计算方法,并据此编制出相应的有限元计算程序;最后利用该程序对某桥台桩基工程实例进行分析,得到了该桩基桥台后软土蠕变场等值线图,反映出桥台与桩对蠕变场的影响范围及承台与桩交接处的应变集中现象。

深部巷道区域化交替破碎现象的机理分析

深部巷道因为其埋深大、地质环境复杂等因素,其变形规律一直是工程技术人员关注的问题。区域化交替破碎现象的发现使人们对深部巷道变形规律有了进一步的认识,对其机理的研究也逐渐展开。本文从蠕变角度分析其演化过程,依据“岩石失稳是与应变密切相关的”,认为破碎圈的出现是岩石的蠕变使应变发展到极限值,裂纹交汇贯通而形成的,并用改进的西原正夫模型预测破碎圈出现的时间,为合理利用这一现象指导矿山安全生产提供理论依据。

巷道软岩蠕变损伤模型

介绍了西原及修正西原模型的蠕变特性、物理机制和优点。根据软岩加速蠕变的力学特性,指出西原模型不能较好的描述蠕变加速阶段,并引入损伤变量,认为蠕变引起的应变是由无损材料及已损材料蠕变应变之和,推导出材料非稳定蠕变阶段的蠕变方程。同时,利用有限元方法,建立了带有损伤变量蠕变单元方程,可以此编制有限元程序,进行蠕变分析。

砂岩蠕变损伤模型特性

为研究砂岩的蠕变损伤特性,采用TAW-2000电液伺服岩石三轴试验仪对砂岩试样进行了分级加载蠕变试验,通过引入西原体和Kachanov损伤模型,建立了能描述加速蠕变阶段的损伤蠕变模型.试验结果表明,在低应力加载作用下,存在岩石内部裂隙压密和闭合的现象;岩石蠕变特性存在从低应力下的应变硬化逐渐转为高应力下的应变软化的现象;相同围压条件下,高应力下岩石处于稳定蠕变阶段的蠕变速率高于低应力下的蠕变速率.通过Origin软件运用Levenberg Marquardt算法对蠕变损伤模型参数进行辨识,模型曲线与试验曲线吻合度高,验证了所建立蠕变损伤模型的合理性,弥补了西原体难以描述加速蠕变的缺点.

对改进西原模型的再认识

从岩石的物理变形机制出发,对改进西原模型的物理意义进行了理论探讨,得出改进西原模型蠕变变形机制是一个强化作用有限发挥、弱化作用累积的过程的结论.分析表明:改进西原模型能够描述简单应力状态下不同应力水平的岩石蠕变特性曲线,在同一应力水平下,可以用蠕变加速度作为判定模型的稳定性判据;将改进西原模型用于直剪蠕变试验,需考虑有效法向应力对长期强度极限的影响,用于三轴蠕变试验,需考虑长期强度极限与围压的关系;对于应变局部化问题,采用改进西原模型必须考虑黏性效应与其他正则化机制的耦合作用.

西园隧洞引水工程对滇池COD_(Mn)的影响分析

本文在滇池湖流特性研究的基础上，建立了滇池平面二维CODMn输移扩散数学模型，利用模型对污染物进入滇池水体后的输移扩散规律进行模拟分析，对滇池周围西园隧洞引水工程等一系列污染控制工程措施对滇池主要污染指标CODMn的影响进行评价，为综合治理滇池提供了理论依据．

砂岩地层井壁稳定性分析

南海某油田深部地层砂岩存在因蠕变导致的缩径现象,有必要分析该油田砂岩地层蠕变性质,为砂岩地层安全钻井提供借鉴。使用某油田深部地层砂岩岩心进行室内蠕变实验,测定不同差应力下岩心蠕变率。使用西原模型拟合了实验结果,拟合精度较高,并计算了某油田砂岩缩径井段安全钻井周期。计算结果表明,提高钻井液密度可大幅提高安全钻井周期,也可采用定期起下钻、下套管封固缩径井段等工程措施阻止或减缓砂岩蠕变。

基于西原模型的非线性损伤蠕变模型

针对传统的西原模型不能较好地反映岩石蠕变非稳定阶段,且多数学者对西原模型的修正是通过屈服强度阈值来界定非稳定阶段,而通过时间阈值考虑非稳定蠕变阶段界定的研究相对较少。在西原模型的基础上,引入Kachanov损伤理论及时间损伤阈值,建立了一种同时描述3个阶段的非线性损伤蠕变方程式。通过灰岩蠕变试验得到试验数据,对新的非线性损伤蠕变模型的参数进行反演,并进行曲线拟合,分析岩石的蠕变损伤过程和对应阶段的稳定性,证明了该模型的正确性和合理性,为岩石流变失稳现象提供理论依据。

甘肃天水泥岩剪切蠕变行为及其模型研究

合理描述红层软岩的蠕变规律对于甘肃天水地区各类建筑物的长期稳定性和安全运营非常重要。为研究天水地区泥岩的蠕变特性,采用三轴蠕变仪,开展不同加荷方式和不同含水率的泥岩蠕变试验,获取应变-时间关系,分析其蠕变过程和蠕变特征,建立适宜的蠕变模型。研究结果表明,随应力水平和时间的增加,泥岩蠕变量有缓慢增长趋势,但最终保持某一稳定值。泥岩的蠕变量随着应力差、围压以及含水率的增长呈增大趋势;不同围压和含水率情况下,随时间的增加,泥岩的蠕变量逐渐增长,其等时曲线亦逐渐向应变轴偏移;从试样等时曲线拐点推测,一定应力水平下蠕变量达到了长期强度。基于岩石蠕变参数的辨识,西原模型、逻辑回归模型和指数型经验模型均与试验数据良好吻合,能很好地反应低应力水平下的从弹性变形到衰减蠕变、稳定蠕变的全过程,其中逻辑回归模型和指数型模型能更好地反应泥岩的蠕变特征曲线和参量。所建立的非线性蠕变模型可用于描述该地区红色泥岩的蠕变力学特性,因而具有一定的工程应用价值。