不同应力分量下广义开尔文模型粘性系数探讨

对不同应力分量下的广义开尔文模型应力应变关系进行了研究,推导了在不同应力分量下的广义开尔文模型的粘性应变增量计算式;通过对这些粘性应变增量计算式的比较分析,得到结论:对于线性粘弹性模型,当应力张量引起粘性变形的规律与应力偏量和球应力分别引起粘性变形的规律相同时,它们的系数满足关系式Ek/ηk=Gsk/ηsk=Kmk/ηmk;否则,这个关系式不成立。现有文献采用应力张量表示的粘性变形有限元计算式隐含假定了球应力与应力偏量产生的粘性变形规律相同。对于复杂的工程材料而言,这种假定并不总是合适的。这在工程问题粘性分析时值得注意。

基于变系数广义开尔文模型的混凝土徐变和松弛

首先,提出了一个基于变系数广义开尔文模型的混凝土徐变度Dirichlet级数表达式,并依据延迟范围理论建立了九参数徐变度公式;然后,推导了松弛系数率的表达式,并在此基础上提出了计算松弛系数的率型迭加算法;最后,基于试验数据将文中建议的徐变度表达式以及率型迭加算法与常用的徐变度公式以及计算松弛系数的迭加算法进行了比较。结果表明:提出的徐变度表达式物理概念清晰且能避免负徐变;九参数徐变度公式的拟合精度高于常用的八参数徐变度公式;率型迭加算法避免了普通迭加算法的误差传递现象,大幅度提高了早龄期混凝土持载时间较长时的拟合精度.

基于广义开尔文模型的冻结壁和井壁共同作用下冻结压力解析解

冻结压力大小是深厚冲积层冻结法凿井外层井壁结构设计计算的重要依据。在冻土单轴蠕变试验基础上,采用广义开尔文流变模型,以及弹性-黏弹性对应原理,建立冻结壁位移场黏弹性方程;然后考虑冻结壁与外层井壁及外围未冻土体的相互作用,推导出了作用于外层井壁上的冻结压力的数学表达式。计算结果表明:在外层井壁砌筑后的前10 d,冻结压力的理论公式计算值与实测结果平均值相差较大,约0.5 MPa;在20 d后,冻结压力趋于稳定,两者差值的绝对值在0.2 MPa以内。总之,冻结压力的理论计算值与实测结果的偏差绝对值在10%以内。因此冻结压力的理论计算公式是比较符合实际的,此公式可为冻结井的外层井壁结构设计提供依据。

修正的广义开尔文粘弹塑性岩石本构模型变形参数特性研究

广义开尔文流变模型被广泛应用于描述岩质边坡开挖过程中岩体的粘弹性变形分析。由于岩质边坡在开挖过程中岩体的变形是粘弹性和塑性变形综合作用的结果,因此广义开尔文流变模型不能较好地表达岩质边坡在开挖过程中的变形。文章针对岩质边坡在开挖过程中边坡岩体表现出来明显的粘弹塑性变形特征,采用FLAC3D数值软件对符合修正的广义开尔文粘弹塑性本构模型的岩石试件进行单轴压缩数值试验,获得该粘弹塑性本构模型变形参数的基本特性,为岩质边坡开挖岩体粘弹塑性本构模型的选择提供参考。

综放工作面顶板缓慢活动支架增阻预测模型

检修和停产期间综放工作面顶板缓慢活动易引发压架灾害,预测检修和停产期间覆岩活动和支架工作阻力演化是相应压架灾害防治的关键。将综放工作面支架上方顶煤、直接顶和基本顶视作整体宏观顶板,引入广义开尔文模型模拟综放工作面宏观顶板的缓慢活动及其对支架工作阻力演化的影响,建立了综放工作面宏观顶板缓慢活动增阻预测模型。利用该模型预测了陕西宝鸡崔木煤矿303综放工作面液压支架工作阻力演化,分析了初撑力和宏观顶板性质对顶板缓慢活动和支架工作阻力演化的影响,结果表明:①宏观顶板缓慢活动增阻预测模型能较好地预测工作面检修和停产期间支架增阻。②模型中参数E2描述了宏观顶板的软硬。E2越大,宏观顶板越坚硬,初撑后宏观顶板下沉量小,支架增阻力也小。③初撑力增加,宏观顶板的E2值近似线性增加,支架增阻力近似线性减小。增大初撑力,能够提高宏观顶板的完整性,降低宏观顶板缓慢活动引起的增阻力。④宏观顶板黏滞系数η主要影响支架工作阻力随时间演化曲线的形态。η越大,支架阻力演化曲线收敛越慢。⑤将多个支架(或循环)的计算参数均值与本文宏观顶板增阻预测模型结合,可以预测工作面支架工作阻力演化行为。

桩-软岩复合地基流变机理缩尺模型试验研究

桩-软岩复合地基承受上部载荷时,时效变形预测依赖于对其流变机理的认识以及对流变模型的合理描述,为分析其流变机理,通过桩-软岩复合地基缩尺模型载荷试验,研究了桩身应力、桩底压力、承台下软岩压力以及软岩深部变形时效特征,对桩-软岩复合地基流变机理进行了系列试验研究。桩底压力以及桩间软岩变形时效特征明显,桩-软岩复合地基在工程荷载作用下的衰减蠕变可采用5参量广义开尔文模型进行描述,其流变参数为EH=1.1 GPa,E1=7.05 GPa,η1=929 GPa·h,E2=9.03 GPa,η2=28 GPa·h,与软岩地基比较,桩-软岩复合地基流变参数明显提高。

页岩蠕变特性及模型研究

通过对页岩单轴蠕变试验结果的分析,研究应力状态对页岩强度及其时间相关性特征的影响,分析结果表明:页岩是一种软弱岩石,轴压对页岩的力学性质影响较大,通过试验获得的蠕变曲线和岩石参数,结合广义开尔文模型回归得出的页岩的蠕变本构方程,能较好地模拟试验结果。

考虑初期损伤的岩石蠕变模型

为了描述岩石稳定蠕变阶段的非线性特征,现基于Kachanov提出的损伤律推导了损伤变量在衰减、等速蠕变阶段随时间的演化方程,然后根据Lemaitre应变等效原理得到了有效应力随蠕变时间、初始损伤变量和最小损伤变量的变化关系,再将有效应力代替广义开尔文蠕变模型中的Caucy应力,从而建立了考虑初期损伤的广义开尔文蠕变模型。根据泊江海子煤矿砂质泥岩的三轴压缩蠕变试验数据对广义开尔文蠕变损伤模型进行辨识。辨识结果表明:考虑初期损伤的广义开尔文模型理论曲线和试验曲线吻合度非常高,对衰减和等速阶段的描述效果远好于传统广义开尔文模型。

复合式衬砌在围岩蠕变过程中的受力规律研究

为了分析隧道复合式衬砌在围岩蠕变过程中的受力规律,利用有限元程序ANSYS建立计算模型,采用广义开尔文本构关系,分别分析了二次衬砌在不同支护时机和不同刚度下,复合式衬砌的受力规律。分析结果表明:在不同的时机施加二衬,其受力都有一个逐步增大并趋于稳定的过程,初支与二衬受力随二衬支护时机的变化趋势是相反的;二衬支护越早,其受力越大。通过早施作二衬,来转移初支上的应力是不合适的。当二衬刚度增加时,其所分担的围岩压力将增大,而初支分担的围岩压力有一定的减小。结合云腾岭隧道进行具体分析,得出该隧道二次衬砌的最佳支护时间为开挖后第40天。另外,通过对该隧道现场监控量测分析发现,二衬的受力—历时曲线与有限元分析相吻合。

水环境下深部硬岩的黏弹塑性(英文)

采用分级增量循环加卸载方式,对金川有色金属公司二矿区深部斜长角闪岩进行干燥与水环境下的流变实验,分析流变实验数据,研究各级应力水平下斜长角闪岩两种试样的黏弹塑性。结果表明:水对岩石的瞬时弹模及黏塑特性的影响不大,对岩石黏弹性影响显著。分析水对岩石黏弹塑性影响的原因。根据试样的实验破坏前特点,选用广义开尔文模型描述斜长角闪岩流变特性,求得两种试样的岩石流变模型参数。模型参数分析发现:水对参数E1影响明显,而对参数E2影响不大;黏滞系数的离散性大,水对其影响不明确。

带式输送机压陷阻力能耗法研究

基于黏弹性材料在动载荷下的能耗理论和弹性板理论,覆盖层采用广义开尔文固体模型,分析了带式输送机压陷阻力的能耗机理,推导出输送带通过托辊时的压陷阻力及阻力系数理论公式,并结合具体输送机技术参数利用公式对各种影响因素进行了分析,结果表明该理论公式能正确反映各因素对压陷阻力的影响。

高温静水应力状态下花岗岩稳态蠕变参数研究

高温高压花岗岩钻孔实验表明,温度低于500℃,静水应力低于150MPa状态下,岩体的钻孔变形均属于稳态蠕变变形阶段.该文选取了广义开尔文模型来反映其特征,通过拉普拉斯变换及逆变换,详细推演出了钻孔径向位移解析解,并且考虑温度-应力的耦合效应,给出了模型参数随温度及应力变化的关系式.利用该关系进行拟合计算,说明广义开尔文模型来表达高温高压环境中的花岗岩稳态蠕变变形特性,寻求蠕变参数是合理可靠的.该文对于高温岩体地热资源开发中的钻孔施工与维护、钻孔变形量预测等方面,具有实际的指导意义.

岩体隧道蠕变效应的有限元分析

对岩体隧道的长期观察和量测表明，许多在成洞之初的岩体，由于蠕变变形随时间不断发展，经过一段时日以后，围岩体可能会发生失稳或坍塌破坏。传统的弹性或弹塑性理论，无法考虑变形的时间因素。选用流变理论中能很好反映岩体应力应变随时间变化的广义开尔文模型，结合某岩体隧道的实例，利用有限元分析软件ANSYS模拟了岩体隧道开挖后围岩蠕变的全过程。模拟的结果使人们能够方便地掌握岩体隧道各个部位在不同时刻的变形量和蠕变率。对岩体隧道的设计和施工有一定的指导意义。

循环荷载作用下花岗岩动力特性试验研究

通过在RMT–150B多功能全自动刚性岩石伺服试验机对取自海南昌江核电厂一期工程常规岛的微风化和中风化黑云母花岗岩进行单轴压缩变形试验和循环加卸载试验,研究花岗岩动应力–动应变曲线滞回特性和动弹性模量与阻尼比同弹性模量之间的规律,并利用广义开尔文流变模型来描述循环荷载下花岗岩的滞回曲线和能量损耗情况。研究结果表明:花岗岩在循环荷载作用下的加卸应力–应变曲线形成滞回环,随着循环数的增加,滞回环向轴向应变增大的方向移动,且越来越密集;花岗岩的滞回环面积和最大弹性应变能都随弹性模量的增加而减少,而动弹性模量则相反,阻尼比先随弹性模量的增大而增大,达到一峰值后,随弹性模量的增大而减少;广义开尔文模型可以较好地描述花岗岩的滞回曲线和能量损耗情况。研究成果对海南昌江核电厂地基的地震反应分析和场地安全性评价有着重要的参考意义。

考虑流变效应岩石隧道的有限元分析

运用反映岩体流变性质的粘弹性原理,建立了广义开尔文模型,确定了相应的蠕变参数。利用有限元分析软件AD INA8.3对岩石隧道进行了数值分析,模拟了岩石隧道拱顶处的位移以及应力随时间的变化趋势以及蠕变的全过程。

考虑边坡蠕变的锚索预应力损失分析

岩体蠕变是锚索预应力损失的主要来源。论文采用广义开尔文模型模拟蠕变介质,考虑锚索与蠕变介质的耦合作用,建立了锚索与边坡蠕变耦合作用模型,推导了预应力损失理论计算公式。应用论文提出的公式计算结果与实际监测结果对比基本吻合。论文提出的考虑边坡蠕变的锚索预应力损失计算公式,可为工程中锚索预应力损失的评估提供参考。

垃圾土压缩应变模型研究

研究垃圾土的压缩应变模型参数对填埋场的设计、建设以及管理是至关重要的。本文根据重庆市城市生活垃圾的组成特点,用配制的垃圾土进行单级长期加载压缩试验。试验结果表明:试验初期压缩应变量较大,经过一个加速期以后,应变趋于稳定。压缩应变速率在24 h之前变化较大,24 h后趋于平缓,建议用24 h的压缩应变代替极限压缩应变。根据垃圾土压缩应变特点,用广义开尔文模型对试验结果进行数据拟合,得到模型元件参数。