考虑含水率的红层泥岩蠕变特性及改进伯格斯模型

为揭示西南地区广泛分布的红层泥岩在不同含水条件下的蠕变特性,采用YSJ-01-00岩石三轴流变试验机进行三轴压缩蠕变试验。试验结果表明,(1)随着含水率的升高和轴向荷载的提升,蠕应变量与瞬时应变量的比值整体上都呈增大趋势,比值范围为0.117~0.985,平均比值维持在0.348~0.480之间;(2)红层泥岩的初始、稳态和极限加速蠕变速率都随含水率的升高而增大;(3)红层泥岩的长期强度随含水率的上升而降低,量化比较发现红层泥岩的非线性蠕变程度随含水率的上升而越得到体现。研究了红层泥岩蠕变的非线性特征,提出一个黏弹性模量E(ω),并引入一个非线性黏塑性体,建立一个新的改进后的伯格斯(Burgers)模型。基于BFGS算法和通用全局优化法对蠕变试验曲线进行辨识,确定模型参数,并进行模型可靠性分析,验证了所建模型的正确性和合理性。

岩石蠕变的非定常分数伯格斯模型

典型的伯格斯(Burgers)模型只能描述岩石第3期以前的蠕变规律。分数单元利用分数阶导数定义,是一种介于弹簧和黏壶的力学元件。用分数单元代替伯格斯模型中并联的黏壶,给出分数伯格斯模型。为了描述加速蠕变阶段,把分数伯格斯模型中串联的黏壶看成与时间有关的非定常参数,给出非定常分数伯格斯模型及相应的本构方程和蠕变柔量。串联的非定常黏壶关闭、开启时,模型分别适合描述前两期和包含第3期在内的蠕变规律。用模型拟合不同应力下的蠕变试验数据,都可给出较好的描述,说明非定常分数伯格斯模型能够很好地描述蠕变曲线中的初始衰减蠕变阶段、稳态蠕变阶段和加速蠕变阶段,证明了该模型的正确性和合理性。

基于煤体三轴蠕变试验的非线性伯格斯模型

为解决传统伯格斯模型无法描述煤体加速蠕变的缺陷,利用RLW-500G煤岩三轴蠕变-渗流试验系统对原煤试样开展三轴压缩蠕变试验,分析了不同应力水平下煤样轴向应变随时间的变化规律。针对煤样加速蠕变过程中应变加速度与时间呈正比的关系,利用一个非线性黏-弹-塑性体来表示煤体加速蠕变特征,将其与伯格斯体进行串联得到一个改进的非线性伯格斯模型,推导得到该模型在三维状态下的蠕变方程表达式。利用原煤三轴压缩蠕变试验数据,采用模型辨识的方法对改进的非线性伯格斯模型进行验证,结果表明:拟合曲线与试验结果高度吻合,相关系数平方R^2均高于0.98,能够较好地反映出煤样非衰减蠕变过程中3个阶段的变化特征,拟合结果表明改进的非线性伯格斯模型具有较高适用性及优越性。

基于模拟退火分数阶导数伯格斯模型的人工冻土蠕变研究

准确掌握人工冻土的蠕变特性对控制冻结法施工的安全具有重要意义。目前常用的冻土蠕变本构模型是经验模型和整数阶元件模型,模型中的参数大多缺乏明确的物理意义或者参数繁多。以伯格斯蠕变模型为基础,建立了参数简单且物理意义明确的人工冻土分数阶导数蠕变方程,并给出了模拟退火算法优化模型参数的过程。基于室内蠕变试验结果,分析了温度、加载应力和土质对人工冻土单轴蠕变特性的影响。并将试验结果与本次建立的蠕变模型计算结果进行比较发现,两者吻合良好。研究成果对目前国内外煤矿立井表土层施工中冻土爆破方面的研究、冻结管参数的选取、冻结壁壁厚及冻结温度的设计具有重要的基础作用。

基于广义伯格斯模型的岩石损伤蠕变模型

为了描述岩石加速蠕变阶段的非线性黏塑性变形特征,首先对Kachanov提出的损伤律公式进行积分,推导出损伤变量在加速蠕变阶段随应力和时间的演化方程;然后将理想黏塑性模型中的黏性参数用有效黏性参数来代替,从而建立黏塑性损伤体,将其与广义伯格斯模型中的六元件模型串联,得到一种新的岩石损伤蠕变模型;根据塑性力学推导该模型的三维蠕变方程,采用泊江海子煤矿中砂岩和砂质泥岩的三轴压缩蠕变试验数据验证模型的有效性。结果表明:新的损伤蠕变模型理论曲线与蠕变试验曲线吻合较好,用该损伤蠕变模型可以较好地描述这2种岩石的非线性加速蠕变特性。

服务贸易对货物价格贸易条件的影响——基于伯格斯模型的实证分析

在全球服务贸易自由化的背景下,研究服务贸易对一国价格贸易条件的影响具有重要意义。根据伯格斯模型,服务贸易自由化对服务净出口国有利,而造成净进口国货物价格贸易条件恶化。文章基于伯格斯模型对2000—2014年15个国家服务贸易差额与货物价格贸易条件之间的关系进行了面板检验。结果表明,我国服务贸易与货物价格贸易条件的关系符合伯格斯模型的结论,但伯格斯模型不具有普遍适用性,即服务贸易对货物价格贸易条件具有差异性作用。

我国生产性服务贸易对货物价格贸易条件的影响——基于伯格斯模型

在我国服务贸易快速发展的同时,其总体竞争力较弱,部门结构不合理等问题制约着我国货物贸易的可持续发展。在分析伯格斯模型的基础上,利用1997-2016年的面板数据,通过单位根检验、协整分析和误差修正模型,考察我国生产性服务贸易与货物价格贸易条件之间的关系。研究结果表明,无论是从长期还是短期来看,生产性服务贸易的净进口额与货物价格贸易条件呈更强的负相关关系,即我国生产性服务贸易净进口额的增加,导致我国货物价格贸易条件的恶化,这证明了伯格斯模型在我国的适用性。

非定常参数伯格斯模型本构方程的研究

通过对非定常参数伯格斯模型的研究,从非定常参数伯格斯模型本构方程及蠕变方程方面进行了论述,解决了用非定常参数模拟岩石蠕变的加速蠕变阶段,为理论研究及工程应用提供了思路。

服务贸易的货物贸易条件效应研究——基于伯格斯模型的分析与扩展

文章基于伯格斯模型,分析检验了服务贸易的净进口与我国货物价格贸易条件恶化之间的关系,初步证明了该模型在我国的适用性。进一步地,文章对2004-2008年我国价格贸易条件恶化有所趋缓这一特征进行了分析。结果表明,不同服务部门的净进口对我国货物贸易条件的影响不尽相同。文章得出的政策启示在于:当考察我国服务业开放和服务贸易自由化的收益时,要同时注意到货物价格贸易条件恶化可能带来的福利损失;我国在制定服务业对外开放与服务贸易自由化发展战略时,采取逐步开放和参与的战略尤为重要;另外,可以优先加强对通信、建筑、计算机和信息服务、咨询以及电影音像五大类服务部门的扶持以促进其出口。

冻结黏土开尔文与伯格斯蠕变模型分析

准确描述冻结黏土的蠕变特性有利于人工冻结法的安全施工。对人工冻结黏土进行三个温度下的分级加载蠕变试验,分析温度和加载系数对冻结黏土蠕变规律的影响。以粒子群算法优化模型参数为基础,分别采用广义开尔文模型和伯格斯模型模拟人工冻结黏土蠕变变形试验。模拟结果表明:广义开尔文模型在模拟冻结黏土的稳态蠕变和加速蠕变阶段时,拟合效果不是很好存在较大误差,而柏格斯模型能很好地描述冻结黏土在不同温度和荷载等级下的蠕变曲线,具有很好的适用性。

水下开采矿山突水渗透系数与改进伯格斯模型

突水是矿山深部开采面临的主要挑战之一,对于水下开采矿山,分析研究影响矿山突水的关键因素是防治突水事故发生的重要环节。在分析矿山工程地质条件对矿山突水的影响的基础上,进一步分析上覆岩层的渗透性能及断层破碎带对渗透性能的影响,通过构建改进伯格斯本构模型,分析研究岩石的蠕变断裂特点,为采取相关措施避免矿山突水事故发生提供理论支撑。在对含有断层和裂隙的围岩的力学性能和破坏过程的分析中,得到矿山突水事故发生评价的重要影响参数,为下一步矿山突水事故的预防和相关措施的实施提供了理论参考和工作指导。

基于修正Burgers模型的泥岩层套管形变影响因素分析

地层含水饱和度的变化对于泥岩储层的蠕变特性有较大影响,尤其是注采过程中泥岩段套管产生形变从而导致套管损坏。本文在Burgers模型基础上加入含水饱和度元件,提高了瞬时蠕变阶段模型的精度,同时对实际油田某泥岩区块进行了比对,得出随含水饱和度增加,地层蠕变量增大,且瞬时蠕变阶段时间减小的结论,同时在蠕变条件下套管壁厚、水泥环弹性模量、地层含水饱和度均可大幅度影响套管变形,而套管尺寸对套管变形几乎无影响。本研究成果能够更加准确地计算地层不同含水量条件下泥岩蠕变的套管变形,对井筒的破坏进行有效的预防及控制。

人工冻土遗传分数阶导数加速伯格斯蠕变模型

了解人工冻土的蠕变性质对安全建井是非常必要的。目前常用的人工冻土蠕变整数阶模型存在元件多的不足,通过将伯格斯模型串联黏壶替换为分数阶导数黏壶,建立分数阶导数伯格斯蠕变模型来模拟稳定蠕变阶段;在分数阶导数伯格斯模型中串联加速元件,建立分数阶导数加速伯格斯蠕变模型来模拟加速蠕变阶段。通过对比分析分数阶伯格斯蠕变模型计算结果与试验值,表明所建立的蠕变模型可较好地反映人工冻土的各阶段蠕变过程,可为人工冻土蠕变计算提供一种新方法。

节理岩体弹塑黏性疲劳本构模型研究

在疲劳荷载作用下节理岩体具有明显的瞬时塑性应变,有必要研究考虑瞬时塑性的节理岩体疲劳本构模型。提出节理塑性疲劳元件和双触发非线性黏性疲劳组合元件,假定节理塑性应力与应变成幂函数关系,加速疲劳应变为二阶非线性黏性应变。通过并联圣维南体改进伯格斯疲劳模型模拟稳定疲劳。在此基础上,提出并验证了一种新的节理岩体弹塑黏性疲劳本构模型。研究表明:该模型能较好地模拟完整岩石、节理岩体试验疲劳应变。该模型可以较好模拟疲劳加载条件下节理岩体稳定疲劳曲线,也可以较好模拟节理岩体非稳定疲劳的瞬时弹性和瞬时塑性应变、减速疲劳阶段应变、等速疲劳阶段与加速疲劳阶段应变。该模型拟合结果表明:节理岩体的疲劳瞬时塑性应变在疲劳瞬时应变中占较大比例,不能忽略其对疲劳应变的影响。该研究结果对预测节理岩体工程的疲劳变形和疲劳稳定性具有参考价值。

基于离散单元法的沥青马蹄脂模型细观参数确定

采用离散元软件PFC对沥青马蹄脂的细观力学行为进行模拟,其中数值模型细观参数的确定是国内外研究学者公认的难题。为了解决这一难题,PFC程序采用伯格斯粘弹性模型模拟沥青马蹄脂的细观接触,并通过伯格斯模型本构行为方程推导模型参数与细观参数之间关系,然后通过室内试验将代表材料性质的宏观参数转化成细观参数,并给出具体的表达式,避免使用模型参数试算的方法,从而直接确定PFC接触模型参数。

冻土蠕变的非线性模型研究

为了研究冻土的蠕变特性,在传统的伯格斯模型中引入一种考虑时间和应力水平影响的非线性黏滞体,代替与弹簧并联的理想牛顿流体,并在此基础上串联一个由非定常、非牛顿黏壶和塑性体并联的新的非线性黏塑性体,从而建立了新的非线性模型,并推到了三维应力状态。随后采用该模型借助Origin软件对冻土蠕变的试验数据进行拟合。结果表明:1该模型所拟合的曲线与试验数据吻合性较好,误差很小,而且适用于不同的温度。2该模型不仅可以很好地描述冻土蠕变的前两个阶段,而且对于加速阶段也适用,这对于高应力下的冻土蠕变分析很有意义。

三门峡铝土矿砂岩流变模型的综合辨识方法(英文)

通过对三门峡铝土矿砂岩进行单轴压缩蠕变实验,获取该类岩石的蠕变实验曲线。通过分析蠕变曲线各应变分量特征,将蠕变总应变细分为瞬时弹性应变ε_(me)、瞬时塑性应变ε_(mp)、黏弹性应变ε_(ce)、黏塑性应变ε_(cp)。根据瞬时塑性应变数据特征,引入新的瞬时塑性原件,定义瞬时塑性模量,建立改进的伯格斯(Burgers)流变模型,完成模型的直接筛选法辨识。根据模型元件力学性质,推导模型在不同应力等级下的一维和三维蠕变方程。采用最小二乘法辨识一维模型各参数,迭代时采用高斯-牛顿法计算,最后拟合实验曲线,验证直接法模型建立的正确性,完成模型后验排除法检验。研究表明,改进的伯格斯模型较好地描述了砂岩流变特征,实现砂岩流变曲线的微观分析,此外,也验证了流变模型综合辨识方法的正确性。

广义热弹模型的热力学基础与瞬态响应

微纳科技的快速发展与超短脉冲激光技术的广泛运用,对描述微纳尺度超快热冲击的广义热传导及其热弹耦合理论提出迫切需求.基于拓展热力学原理,本文建立了考虑热传导双相滞后效应和高阶热流率的广义热弹耦合理论.类比于力学领域黏弹性本构关系的串联、并联模型,并受Green-Naghdi (GN)广义热传导模型启发,本文提出了热学“弹性”单元和“黏性”单元模型,并采用串联、并联方法实现了Cattaneo-Vernotte (CV)、GN、双相滞后(DPL)和Moore-Gibson-Thompson (MGT)热传导模型的重构.理论推导进一步表明,本文新建模型对应于热学Burgers模型,并得到了新模型中各相位滞后中松弛时间之间的比例关系.运用拉普拉斯变换方法,研究了一维结构受边界热冲击和移动热源作用下的瞬态响应,计算结果表明:新模型克服了热波速度无限大的悖论;仅有边界热冲击载荷时,新模型得到的响应结果均较大,响应范围最小;相比于无热源作用情形,受移动热源作用时,新模型会产生更大的峰值响应.新模型与经典弹性理论耦合构建了广义热弹性理论,运用该理论,可以清晰观察到在热波和弹性波波前的应力突变.理论方面,本文推动了拓展热力学与连续介质力学的结合,对于远离平衡态极端力学基础理论问题的研究具有启发意义;应用方面,本文研究结果可为激光等移动热源作用下材料的瞬态响应分析提供理论基础和数值方法.

基于Perzyna黏塑性分数阶导数蠕变模型

了解人工冻土的蠕变性质对安全建井是非常必要的。目前常用分数阶导数伯格斯蠕变模型来模拟人工冻土的稳定蠕变阶段。如果从内能角度分析发生蠕变的机制,基于应变能理论,采用Perzyna黏塑性理论与分数阶导数伯格斯模型相结合,可以建立一种能描述衰减蠕变、稳定蠕变和加速蠕变3个阶段全过程的蠕变统一本构模型。通过建立模型比较发现,数值模拟结果与试验数据基本吻合,研究成果为人工冻土蠕变过程研究提供了一种新的思路。

黏土模拟退火分数阶导数Burgers蠕变模型

由于一般的人工冻结土体蠕变规律并不符合简单的胡克定律或牛顿黏性定律,且采用整数微积分本构关系存在元件过多的问题,所以借用了分数阶微积分的诸多优点,并把它结合到经典蠕变模型的构造中,即用分数单元代替Burgers模型中的串联黏壶,构造了一种新的蠕变模型——分数阶导数Burgers蠕变模型。运用该种模型拟合冻结黏土和砂质黏土的单轴蠕变规律,模型的参数均由模拟退火算法全局优化而来,分析了单轴蠕变影响因素并对比了经典模型和分数阶模型的拟合效果,发现了模拟退火算法优化后的分数阶Burgers模型能够恰到好处地反映该种冻结土体的蠕变特性。