基于统计损伤理论的莫尔-库仑岩石强度判据修正方法之研究

首先,引进基于莫尔–库仑岩石强度判据的岩石微元强度表示方法,从岩石微元强度服从Weibull随机分布的角度出发,基于岩石三轴应力–应变试验曲线建立了特定围压下反映岩石破裂全过程的损伤软化统计本构模型;然后,通过探讨岩石损伤软化统计本构模型参数与围压的关系对模型参数进行了合理修正,从而建立出更加符合实际的岩石三维损伤软化统计本构模型;最后,在此基础上,根据岩石屈服或破坏的概念,重点探讨了利用多元函数求极值的方法建立岩石强度判据的途径,从而对莫尔–库仑岩石强度判据进行了合理修正,修正后的莫尔–库仑岩石强度判据与实测结果及莫尔–库仑岩石强度判据比较表明,其具有明显的优越性。

基于双剪统一强度准则的岩石损伤本构模型

基于岩石微元强度概率分布理论,以双剪统一强度准则作为分布参量,建立了岩石损伤统计本构模型,并采用极值解法确定模型的参数。通过对理论曲线与试验曲线进行对比,证明所建立的模型可以很好的反映岩石的应力-应变曲线。通过对参数b、m、F0的讨论,发现b值对峰值前应力-应变曲线无明显影响,但对峰值后的软化阶段有所影响;m值的大小对峰值后的脆性有影响;F0值的大小对峰值应力或岩石强度有影响。

基于双剪统一强度理论的煤岩损伤本构模型

【目的】通过建立一种分级加卸载本构模型,研究煤岩在高应力作用下的复杂应力-应变关系。【方法】假设煤岩的微元强度服从Weibull概率密度分布,结合双剪统一强度理论,创建煤岩损伤本构模型;利用煤岩试验结果对本构模型进行验证,对试验得到的应力-应变曲线进行拟合,得到参数的演化规律,并对这些参数进行敏感性分析。【结果】随着煤岩加卸载次数的增多,煤岩内部塑性变形逐渐累积,滞回环的面积不断增大;随着加卸载等级的提高,煤岩逐渐硬化,煤岩内部的损伤逐渐增多,煤岩脆性相应增强,煤岩微元强度有所减小,煤岩微元强度分布的集中程度有很大提高。【结论】本研究所建立的基于双剪统一强度理论的煤岩损伤本构模型能够较准确地表达煤岩在分级加卸载条件下的应力-应变关系,具有一定的理论和现实意义。

水泥土强度特性和损伤本构模型研究

文章为了探索水泥土变形阶段存在的规律,构建了水泥土统计损伤本构模型,对水泥掺量不同、龄期不同的水泥土损伤的累积、扩展状态展开分析。结果表明龄期和水泥掺量可以影响水泥固化土的损伤发展,水泥土的损伤本构新建模型具有较好的拟合效果。

岩石损伤软化统计本构模型之研究

从岩石微元强度分布的随机性出发，引进正确描述岩石微元强度分布的参量，建立了三维岩石损伤演化方程和岩石损伤软化本构方程，从而阐述了岩石损伤的机理。充分反映了岩石破裂的全过程，尤其是软化特性，也真实反映了岩石强度受应力状态影响的现象。该模型已由试验得到验证，具有广泛的应用前景。

考虑损伤阀值影响的岩石损伤统计软化本构模型及其参数确定方法

在基于Lemaitre应变等价性理论的岩石损伤模型基础上,首先探讨岩石应变软化变形过程中损伤变量或损伤因子的变化规律,并结合岩石应变软化变形全过程特征及其损伤机制的研究,探讨建立岩石损伤演化模型时考虑损伤阀值影响的必要性;其次,在对现有岩石微元强度度量方法研究的基础上,提出可考虑损伤阀值影响的新型岩石微元强度度量方法,并引进统计损伤理论,建立可考虑损伤阀值影响的岩石统计损伤演化模型,该模型不仅能反映损伤阀值的影响,而且能反映岩石损伤程度受应力状态影响和岩石损伤在不同应力状态下损伤起始点不同的特性;再次,在此基础上,建立能充分模拟岩石应变软化变形全过程的损伤统计本构模型,并提出其参数确定方法,该模型不仅能充分反映岩石在低应力水平或变形较小时的线弹性变形特性,而且模型参数物理意义明确,适用于复杂应力状态情况;最后,通过工程实例分析,验证了该模型的合理性。

基于Weibull分布的岩石损伤软化模型及其修正方法研究

利用岩石微元强度服从Weibull随机分布的特点,引进能合理描述岩石微元强度的参量,基于岩石三轴应力-应变试验曲线,建立了反映岩石破裂全过程的损伤软化本构模型。在此基础上,探讨了基于Weibull分布的岩石损伤软化模型参数与围压的关系,并结合模型参数对该模型的影响规律以及岩石破裂过程全应力-应变试验曲线的特点,对其参数进行了合理修正,从而建立了更加符合实际的岩石损伤软化本构模型,并与试验结果及前人研究结果进行了对比分析。分析结果显示了该模型的合理性,表明该模型具有广泛的工程应用前景。

岩石破裂过程的统计损伤模拟研究

根据岩石微元破裂服从正态分布的特点 ,引进能合理描述岩石微元强度的参量 ,基于岩石单轴应力应变试验曲线建立了反映岩石破裂全过程的统计损伤本构模型 ,据此对岩石统计损伤变量进行合理修正 ,从而建立了反映岩石破裂全过程的三维统计损伤本构模型 ,充分反映了岩石强度受应力状态影响的现象 。

考虑损伤阀值影响的钢纤维混凝土损伤本构模型研究

从室内试验得到的不同体积率下的钢纤维混凝土全应力-应变曲线的特性,探讨了损伤变量的变化规律及建立钢纤维混凝土损伤本构模型时考虑损伤阀值影响的必要性。基于连续损伤力学理论和统计强度理论,在传统的两参数Weibull分布函数基础上引入损伤阀值参数(位置参数),建立可考虑损伤阀值影响的钢纤维混凝土损伤本构模型,该模型可以反映钢纤维混凝土在低应力水平或变形较小时的线弹性变形特性;根据经验确定损伤阀值参数后,通过混凝土应力-应变全曲线的几何条件求解Weibull分布函数另外两个参数的表达式。最后,基于MATLAB的分析计算结果,并通过与钢纤维混凝土单轴压缩试验实测结果对比,证明模型可以很好的反映单轴受压状态下钢纤维混凝土的应力-应变关系,探讨了损伤阀值取值的大小。

矿柱岩爆过程声发射的数值模拟

由损伤力学理论与微元强度统计理论 ,得到了岩石声发射参数与损伤参量的关系。应用自行开发的RF PA2D程序对矿柱岩爆的物理过程进行了数值模拟 ,其结果再现了矿柱岩石微破裂诱致宏观破裂的演化过程以及和微破裂相关的声发射事件源的空间分布特征和事件序列特征。特别是考虑到材料非均匀性的影响 ,分析了不同粒度材料的模型产生不同岩爆模式的原因。同时研究了岩爆发生过程“平静期”和“损伤愈合”的特性以及在大的岩爆前有较小的声发射这种前兆出现的规律。

基于Mohr-Coulomb准则的岩石损伤统计分析方法研究

从探讨基于Mohr-Coulomb准则的新的岩石微元强度表示方法及其服从Weibull随机分布的特点出发,基于岩石三轴应力应变试验曲线,建立了反映岩石破裂全过程的损伤软化统计本构模型.在此基础上,重点研究了Weibull分布参数对岩石损伤软化统计本构模型的影响,并结合岩石三轴应力应变试验曲线的特征,对岩石损伤软化统计本构模型进行了合理修正.与试验结果及前人研究结果比较,该模型形式简单,能更好地反映工程实际,具有广阔的应用前景.

考虑裂纹闭合效应的岩石损伤力学模型及耗散能量分析

针对现有岩石损伤力学模型的局限性,考虑裂纹闭合效应,并引入统计损伤理论,同时提出分布参数确定的方法,建立新型岩石损伤力学模型。该模型更加符合岩石的变形破坏规律,还可以反映岩石的残余强度和延性特征,应用范围更广;与试验结果及前人成果对比,表明模型更为合理可行。不同围压下岩样的损伤变量演化曲线都遵循S型曲线,并可以依据S型曲线对岩石的变形破坏阶段进行划分。裂纹闭合系数(h)对损伤耗能率有较大影响,随着h的减小,损伤耗能率增大,当h达到一定值,岩石破坏阶段对应的损伤耗能率陡增。因此,岩石的变形破坏不仅与其应力状态有关,还与岩石的损伤演化积累以及裂纹闭合效应有关。

基于正态分布的岩石损伤统计本构模型及其参数确定方法研究

根据岩石微元强度服从正态分布的特点,引进能合理描述岩石微元强度的参量,基于岩石三轴应力应变试验曲线建立了反映岩石破裂全过程的统计损伤本构模型。在此基础上,重点探讨了正态分布参数对岩石损伤本构模型的影响,据此对岩石统计损伤模型进行了合理修正,从而建立了反映岩石破裂全过程的三维统计损伤本构模型,与试验结果及现有研究结果进行比较显示了该模型的合理性,具有广泛的应用前景。

岩石统计损伤软化本构模型及其参数反演

基于岩石微元强度服从幂函数分布的假定提出了损伤变量的一种新形式,由此建立了一个可模拟岩石破裂全过程的统计损伤软化本构模型。该模型含两个待定参数。其中一个可利用岩石三轴试验曲线的峰值点确定;另一个则受到微元强度参数的影响。通过研究微元强度参数对于软化本构模型的影响,提出了合理选择微元强度形式的参数反演方法,由此可最终确定模型参数。计算实例表明该模型能够有效模拟岩石的应变软化特性,应用反演方法确定微元强度参数能够有效提高数值模拟精度。

深海沉积物剪切变形过程模拟的统计损伤方法

深海沉积物剪切变形过程模拟方法是深海资源采运设备设计的重要依据。从探讨深海沉积物土工力学特性及其剪切变形过程的特点出发,首先,从深海沉积物土体单元微观受力分析入手,建立出深海沉积物剪切变形损伤模型;其次,引进统计损伤理论,在深入研究深海沉积物微元强度度量方法的基础上,假定微元屈服或破坏服从Weibull随机分布,建立出深海沉积物剪切变形过程的统计损伤演化模型;然后,利用建立的深海沉积物损伤模型和统计损伤演化模型,建立了模拟深海沉积物剪切变形过程的剪切变形损伤统计本构模型。该模型可较好地反映深海沉积物剪切应变软化特征,同时可反映其剪切变形过程中剪切面法向正应力的影响;最后,通过试验曲线和模型曲线以及现有同类模型曲线的对比分析,验证了该模型的合理性与可行性。

橡胶集料自密实混凝土的统计损伤本构关系

为研究橡胶集料对橡胶集料自密实混凝土(RSCC)力学性能的影响,并建立相应的本构预测模型,对RSCC进行了压缩应力-应变试验。试验结果表明:随着橡胶掺量的增加,RSCC的抗压强度降低,变形能力增强,韧性增大。根据RSCC的微元强度服从随机分布的特点,以米塞斯强度准则定义RSCC的微元强度,以对数正态分布表征RSCC的微元强度的分布模型,并考虑模型参数与橡胶掺量的关系,建立了以橡胶掺量为变化因素的RSCC的统计损伤本构关系,拟合效果十分理想,拟合曲线与试验曲线的相关系数随橡胶掺量的增加而增大,最大值为0.989 1。该模型形式简单,参数少且计算简便,能够有效体现RSCC在不同橡胶掺量下的韧脆性转化特征。最后研究了RSCC的损伤演化过程。随着应变的增加,RSCC的损伤演化曲线呈S形,单调递增,终值趋近于1,橡胶掺量的增加延缓了RSCC初始损伤的发展;损伤的发展速率随应变的增加先增大后减小,在峰值应变附近达到最大值,橡胶掺量的变化对损伤发展速率的最大值没有影响。

深部岩石统计损伤本构模型研究

为建立能够反映深部岩石变形全过程模拟方法,首先,针对强度准则的适用性条件建立了深部岩石强度准则,并在此基础上提出了深部岩石微元强度度量方式,同时,引入统计损伤理论,考虑损伤阀值对岩石损伤度量的影响,从而建立了统计损伤本构模型;其次,根据岩石三轴试验曲线特征给出了模型参数的确定方法,并在峰值应力和峰值应变分别与围压之间的关系基础上,建立了能够反映不同围压下岩石变形的统计损伤本构模型;最后,将试验曲线与本文模型的预测结果进行比较分析。研究结果表明:本文模型不仅能够反映深部岩石的变形过程,还能较好地反映岩石强度随围压变化的特性,表明了本文模型与方法具有一定的合理性和可行性。

考虑Weibull分布的饱和风积土统计损伤硬化模型研究

为能更好地揭示复杂应力状态下饱和风积土变形过程的损伤本构关系,引入服从Weibull随机分布的饱和风积土微元强度统计损伤理论,基于饱和风积土常规三轴全应力—应变试验曲线,构建能够模拟特定围压环境下饱和风积土变形全过程的统计损伤硬化本构模型。通过拟合分析基于Weibull分布的饱和风积土统计损伤本构模型参数m、F0与围压σ3之间的关系,对其参数进行科学修正,从而构建出能够更客观地描述在复杂应力环境中的饱和风积土统计损伤硬化模型。理论与试验对比研究结果表明该模型具有一定的可靠性,不仅能客观地描述饱和风积土变形的全过程,更能真实地描述孔隙水压力对饱和风积土工程特性的影响。

基于改进Harris函数的岩石统计损伤软化模型

为了反映岩石变形全过程,通过改进Harris函数,假设岩石微元强度服从改进的Harris概率密度分布,结合连续损伤理论,考虑损伤变量修正,建立岩石统计损伤软化模型。采用YSJ-01-00岩石三轴流变试验机进行红层泥岩常规三轴压缩试验,基于红层泥岩试验数据对模型参数进行敏感性分析,阐述模型参数的物理意义,分析累积损伤的扩展过程。引用相关文献中二长花岗岩和砂岩的试验数据,利用本文模型对3种岩石材料的试验数据进行辨识验证,给出初始损伤系数的约束范围,对比3种岩石材料的试验曲线和理论曲线,证明本文模型的合理性和适用性。

基于Mohr准则的岩石损伤本构模型及其修正研究

基于Mohr准则,重新定义了岩石微元强度。考虑岩石微元强度服从随机分布的特点,结合损伤力学理论和统计强度理论,建立了三轴压缩条件下岩石损伤本构模型。为使建立的模型更具一般性,分析了模型参数与围压的关系,并据此对模型参数进行合理修正,从而建立出完整的岩石损伤本构模型。与试验结果比较,所建模型可以灵活地模拟各级围压下岩石破裂过程的全应力应变关系,尤其是应变软化特性。同时,该模型形式简单,应用方便,接近工程实际。