岩石粘弹塑性本构关系及改进的Burgers蠕变模型

软弱岩石一般具有粘弹塑性共存特性,而典型的Burgers蠕变模型只能描述材料第三期蠕变以前的粘弹性规律,因此,本文基于Mohr-Coulomb准则,提出了新的塑性元件,该元件假定材料屈服后完全服从Mohr-Coulomb塑性流动规律。将该元件与典型的Burgers模型串联,形成了能模拟粘弹塑性偏量特性和弹塑性体积行为的改进型Burgers蠕变模型,推导了相应的粘弹塑性本构关系。给出了模型参数的求解方法,编制了相应的数据处理程序,并结合工程实例,对蠕变模型参数进行了拟合和加权平均取值。应用结果表明:试验曲线与理论计算曲线吻合,改进的Burgers蠕变模型能较好的描述岩石的蠕变特性。

基于改进Burgers模型的片岩蠕变特性研究

云南省澜沧江流域发育有大量软硬岩互层的倾倒变形体,对于水电工程中近坝库岸边坡的长期稳定性存在巨大威胁。为了揭示倾倒变形体中片岩夹层的蠕变特性,采用YSJ-01-00岩石三轴流变试验机对片岩进行三轴压缩蠕变试验。结果表明,片岩初始蠕变速率随应力水平的抬升和围压的增加而增大,从0h-1到最高0.11h-1;偏应力14~18 MPa为片岩进入蠕变变形的阈值;片岩长期强度平均仅为其瞬时强度的0.69倍。在传统的Burgers模型的基础上,引入一个非线性粘塑性体,并基于S-M算法和通用全局优化法对蠕变试验曲线进行辨识,求解模型参数。对比试验曲线和拟合曲线,分析模型参数,从而证明改进的Burgers模型能够准确地描述片岩的蠕变特性。

基于岩体蠕变试验的Burgers改进模型

以湖北潘口水电站进水口边坡岩体为研究对象进行室内蠕变试验,得到岩样的应力-应变曲线和相应的力学参数;对本构模型进行分析,提出改进方法。在Mohr-Coulomb准则(M-C准则)基础上引入新的M-C塑性元件,提出Burgers改进蠕变模型。研究结果表明:白云石英片岩和绿泥钠长片岩具有明显的蠕变特性,在不同级别的荷载力加载下,加载应力与应变以比例方式增大;这2种岩体材料同时具有黏塑、瞬塑、瞬弹和黏弹特性,这4种特性随着应力增大也呈增强趋势;这2种岩体材料在饱和状态下蠕变现象更明显;Burgers改进蠕变模型能够对黏弹塑性偏量特征及弹塑性体积进行模拟。

考虑沥青混合料空隙率的蠕变特性及改进Burgers模型

为了更为精确的分析不同空隙类型沥青混合料的抗变形性能的影响,在经典的Burgers模型上进行改进,添加了一个非线性元件,得到改进的Burgers模型,将模型的宏观参数转化为离散元PFC的微观参数,植入PFC程序,用于分析不同空隙特征沥青混合料的抗变形性能。结果表明:改进Burgers模型能较好地表征空隙率较大的沥青混合料的蠕变特性,且空隙率较大的沥青混合料在加载过程中相比与空隙率较小的沥青混合料的非线性蠕变变形更为明显,同时,改进Burgers模型可较好地预测在不同温度条件下不同空隙类型的沥青混合料的蠕变变形。用于研究大空隙特征沥青混合料OGFC-13时,当空隙率增大2%时,沥青混合料蠕变变形最大可增大1/2,当空隙率增大10%时,沥青混合料蠕变变形可增大近6倍。

改进的burgers岩石蠕变模型

基于实测的实验数据分析蠕变曲线的特征,构造出能够表现岩石衰减蠕变和加速蠕变阶段特征的非线性函数,并引入到burgers蠕变本构方程中,得到一个新的非线性蠕变模型,岩石稳定蠕变阶段的非线性渐变过程和加速蠕变阶段蠕变速率的快慢程度可通过调整蠕变参数进行有效地模拟。在较低应力水平时,模型能够有效地刻画岩石的初始蠕变和稳定蠕变;当应力水平超过岩石的长期强度时,能够反映加速蠕变特性。利用该模型对试验数据拟合的结果表明,对蠕变模型计算结果和试验结果的比较,表明该模型能够很好的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。

加筋黄土蠕变特性与改进Burgers模型模拟研究

位于中国西北部的黄土高原为滑坡多发区,具有亚稳态结构、高孔隙率和水敏性等特性的黄土在外界扰动作用下会表现出不稳定性。除了土的剪切特性外,蠕变特性被认为是决定长期抗剪强度的关键因素。合理评价加筋黄土的蠕变规律与长期强度对促进加筋黄土的工程应用具有十分重要的意义。本文利用大型直剪设备进行加筋黄土的蠕变试验得出水平剪位移–时间的变化曲线,研究了加筋黄土在大位移强度状态下的蠕变特性。此外,为了克服传统蠕变模型的不足,本文提出了一种引入非线性参数β的改进Burgers模型。与传统的Burgers模型相比,改进Burgers模型能够更准确地描述非衰减蠕变与黏性流动在加速蠕变阶段的曲线。结果表明:加筋黄土存在三种蠕变行为,包括衰减蠕变、非衰减蠕变和黏性流动;水平剪位移与蠕变时间的关系说明了当受到相同的剪应力比时,未加筋和加筋试件表现出不同的行为,加筋试件在限制颗粒在剪切面内的相对运动优于未加筋试件;蠕变速率与剪应力比的关系证实了在蠕变过程中,剪切应力会导致剪切带中土粒间发生会持续累积的相对位移,最终导致试件沿剪切面破坏。颗粒间接触损失的连锁反应,伴随着黏性位移过大,蠕变抗力迅速减弱,最终加速蠕变位移,为揭示缓慢移动滑坡灾害的形成机理提供了关键证据。

基于改进Burgers模型的海相软土剪切蠕变特性

以珠三角地区某港口地基海相软土为例,分别开展固结排水和固结不排水三轴剪切蠕变试验,并结合剪切蠕变试验结果,在传统Burgers模型的基础上,引入一个非线性SP元件,串联后得到一个新的一维蠕变本构模型,并将其拓展为三维情形,利用改进模型拟合海相软土剪切蠕变曲线,并验证其正确性和合理性。结果表明,每一级加载瞬间海相软土均表现出瞬时弹性变形,随即表现出衰减和稳定蠕变阶段,最后一级加载海相软土发生加速蠕变;每一加载等级的不排水条件下的轴向应变量值和孔隙水压力均大于排水条件;海相软土的渗透性影响蠕变变形,弱渗透性条件更有利于蠕变变形的累积;改进Burgers模型拟合海相软土剪切蠕变曲线,吻合良好。

低频循环荷载下盐岩轴向蠕变的Burgers模型分析

为了研究盐岩在低频循环荷载作用下的蠕变特性,采用恒轴压、循环围压的应力加载方式对盐岩开展了低频循环荷载蠕变试验。试验结果显示,当蠕变时间较短时,盐岩轴向蠕变曲线近似为平滑曲线,波动性不大;当时间增加到一定程度以后,盐岩变形随围压变化而发生明显的波动。总体来看,循环荷载下盐岩轴向蠕变曲线与Burgers模型蠕变曲线较为相似。将Burgers模型分解为Maxwell模型和Kelvin模型,忽略材料的疲劳效应,分别推导了恒轴压、循环围压应力加载方式下Maxwell模型和Kelvin模型的轴向蠕变方程,分析了荷载循环周期对模型蠕变性的影响规律;将循环荷载下Maxwell模型和Kelvin模型的轴向蠕变方程进行叠加,得到了循环荷载下Burgers模型的轴向蠕变方程,并利用盐岩蠕变试验结果对其合理性进行了验证。结果表明:拟合曲线和试验曲线吻合良好,该模型能够较好地反映盐岩在循环荷载作用下的蠕变特性和荷载变化对盐岩蠕变性的重要影响,特别是能够反映出不同荷载循环周期下盐岩变形随荷载变化而发生的明显的波动现象。

基于Burgers模型的岩石非定常蠕变模型

伯格斯(Burgers)模型适合用来描述岩石第三期以前的蠕变曲线。为了描述整个蠕变过程,可以考虑力学参数的时间效应,用非定常黏壶替换Burgers模型中的定常黏壶,给出一种非定常Burgers模型,并推导出它的蠕变柔量,实验数据拟合表明该模型能较好地反映岩石的试验曲线。

基于Burgers三维损伤蠕变模型的巷道围岩流变特性分析

为了解决传统蠕变模型无法反映加速蠕变阶段的问题,引进了Kachnov损伤理论,在Burgers模型上串联一个弹塑性损伤体。推导出了等围压三轴实验条件下轴向蠕变表达式,并用非线性拟合的方法来识别模型参数。经证明:在该损伤模型中,当岩石所受应力大于屈服强度时,将触发损伤体进入加速蠕变阶段,而岩石的全程蠕变规律可以通过线性与非线性蠕变叠加来进行描述。通过红砂岩蠕变实测曲线与理论曲线对比分析证实了该模型的合理性。此外,本文还推导出Burgers三维损伤蠕变模型在复杂应力条件下的本构方程,并通过拉普拉斯变换得到圆形巷道围岩变形规律的解析解。

改进的岩石Burgers流变模型及其试验验证

为了准确描述不同轴压下岩石流变过程中的瞬时应变变化规律,提出一种用于描述岩石流变试验中瞬时塑性应变变化规律的裂隙塑性元件,将该元件与传统Burgers模型相结合组成改进的Burgers模型,给出了模型加卸载流变方程,对该模型的蠕变特性进行了分析。对莒山矿粉砂岩进行瞬时三轴压缩试验,得到试样在不同围压下全应力-应变曲线,给出了围压与峰值强度的线性关系,对粉砂岩试样进行多级增量循环加卸载流变试验,对试验数据进行辨识和分析,结果表明:瞬时塑性应变在模型参数辨识过程中不能忽略。使用改进的Burgers模型对不同应力水平条件下粉砂岩加卸载流变试验结果进行了拟合,效果较为理想,同时与传统Burgers模型对试验数据的拟合效果进行比较,验证了改进模型的正确性和合理性。

坡积土石混合体蠕变特性的Burgers模型

为探明坡积土石混合体的蠕变特性,利用大型直剪仪对陕西省城固县某边坡的坡积土石混合体进行了剪切蠕变试验,重点研究了分级加载方式下坡积土石混合体的蠕变特性,建立了坡积土石混合体的Burgers模型并确定了其参数获取方式,并建议了在分级加载条件下获取分别加载蠕变终值的方法。结果表明:分级加载方式下土石混合体的蠕变规律呈衰减蠕变特性,且蠕变变形随着垂直应力的减小和剪切应力的增大而增大,不同垂直应力下的t/[ε(t)-ε(t0)]-t的曲线均呈高度线性,且拟合的直线方程斜率和剪切应力没有明显的相关性。本文提出的Burgers模型能够较好地模拟该地区坡积土石混合体的剪切蠕变特性。

基于Burgers四元件模型的索膜结构蠕变性能分析

索膜结构在一定的温度和恒定外力作用下会产生变形随时间增长而逐渐增大的现象,即蠕变现象,影响结构的使用价值,因而对索膜结构的蠕变性能的研究是至关重要的.文章利用描述粘弹性蠕变行为的Burgers四元件模型来模拟索膜结构的蠕变性能,推导出蠕变影响的有限元方程.同时,还利用ANSYS软件对索膜结构进行蠕变分析,得出了蠕变第一阶段曲线,为研究蠕变影响的应力应变分析提供了科学依据.

基于ABAQUS的修正Burgers蠕变模型二次开发

通过蠕变有限元理论及实现方法研究,借助ABAQUS提供的用户材料子程序UMAT,二次开发出修正Burgers蠕变模型子程序。之后对单轴蠕变试验进行数值模拟,对比分析了ABAQUS自带时间硬化蠕变模型和自编修正Burgers蠕变模型的优劣。研究证明本次编写的修正burgers蠕变UMAT子程序能够正确区分沥青混合料的粘弹性变形,弥补了ABAQUS自带蠕变模型的不足。

基于Burgers模型对缓冲材料EPE压缩蠕变行为的分析

目的 为解决缓冲材料发泡聚乙烯因蠕变引起保护失效的问题,基于Burgers模型,分析载荷、应力保持时间对EPE压缩蠕变行为的影响。方法 根据不同应力下的不同保持时长压缩蠕变试验结果,拟合EPE不同应力下的压缩蠕变试验数据,分析不同应力、应力保持时间下的EPE蠕变过程中蠕变总量、弹性应变、黏弹性应变和黏性应变的变化规律。结果 Burgers四元件力学模型对EPE不同应力下的压缩蠕变实验数据拟合度为0.992 4~0.998 9。在同一应力保持时间下,随着应力从3.3 kPa增加到5.3 kPa,弹性模量E_(1)、弹性模量E_(2)、黏度系数η_(2)、黏度系数η_(1)都逐渐减小,蠕变总量、黏性应变呈非线性显著增加,弹性应变、粘弹性应变呈线性微量增加;在同一应力下,随着应力保持时间从20 d增加到120 d,弹性应变一直保持不变,占蠕变总量的比例降低,粘弹性应变先微量增加后保持不变,占蠕变总量的比例降低,黏性应变增加,占蠕变总量的比例增加。结论 Burgers模型可较准确地模拟EPE不稳定蠕变阶段和稳定蠕变阶段的压缩蠕变行为;应力的增加导致EPE抵抗变形的能力变弱,引起蠕变量增加;应力保持时间的增加对弹性应变无影响,对稳定蠕变阶段的黏弹性应变无影响,对黏性应变的增加有显著影响。

非饱和滑带土非线性Burgers蠕变模型

基于非线性流变力学理论,建立了非饱和滑带土非线性Burgers蠕变模型。模型中不仅考虑滑带土非饱和特性-基质吸力对土蠕变特性的影响,同时考虑了与时间、应力状态有关的非线性黏滞体的流变特性,由非线性黏滞体替换Burgers模型中的线性黏滞体。对非饱和滑带土开展三轴蠕变试验,并对试验结果采用最小二乘法曲线拟合,获得了不同基质吸力下的蠕变参数,并将试验结果与Burgers模型拟合曲线以及提出的非线性Burgers模型拟合曲线进行对比。结果表明,采用非线性Burgers模型能很好地拟合试验结果,且与试验曲线的吻合程度、相关系数明显高于线性Burgers模型。

基于蠕变试验及Burgers模型参数分析的三趾马红土长期强度确定

为了确定重塑三趾马红土的长期强度,首先利用改进的直剪蠕变仪,对甘肃陇东地区三趾马红土进行了剪切蠕变试验,得到了三组固结压力下蠕变曲线。在对各级固结压力蠕变曲线的Burgers模型拟合参数分析的基础上,提出了利用Burgers模型参数中的Maxwell体的黏滞系数与相应的剪应力加载等级之间曲线的最大曲率点确定三趾马红土的长期强度的方法,得到了三趾马红土的长期强度。通过与过渡蠕变法及等时曲线法确定的长期强度值对比,表明基于Burgers拟合参数分析的三趾马红土的长期强度确定方法较为合理。提出的长期强度确定方法及试验结果可对黄土地区受三趾马红土层控制的滑坡的稳定性评价及工程防治提供参考。

基于Burgers模型下泥岩三轴蠕变参数的辨识

Burgers模型能较好地反映岩石蠕变曲线,而模型参数辨识尚无明确标准方法,为此,对泥岩进行三轴压缩蠕变试验,研究不同轴向应力下蠕变曲线变化规律,提出辨识模型参数的改进解析解法,通过反演计算,验证了该方法的适用性及准确性,对促进岩体蠕变理论的工程应用、更有效地评价岩体工程的长期稳定和运营安全有重要的工程实际意义。

基于Burger’s蠕变模型的采矿车行驶海底稀软底质下陷研究

在陆地矿产资源日渐枯竭的今天,深海矿产资源已成为全球各个国家争相开采与利用的焦点,深海采矿车是实现深海矿产资源开采的重要装备。海底稀软底质是一种承载力与抗剪强度极低的特殊底质,在采矿作业中,深海稀软底质的物理力学特性直接影响采矿车行走的稳定性。文章选取Burger’s接触模型作为深海稀软底质的本构模型,对某海域海底稀软原状土开展室内三轴试验,通过PFC3D颗粒流数值模拟实验对比实际三轴试验,对稀软底质的Burger’s蠕变模型进行参数标定,同时依据标定结果改变相应参数,针对5种不同底质条件的工况,建立海底采矿车的数字仿真模型,模拟各工况下采矿车在不同行驶速度时的下陷深度。结果显示,下陷深度会随行驶速度呈非线性变化,在一定范围内随着行驶速度的增大而减少并逐渐趋于稳定。同时结果还表明,该区域海底稀软底质具有更高的黏粒含量(38.1%~48.4%)、含水率(88.13%~137.79%)和压缩性(压缩系数:1.86~3.73 MPa^(-1),压缩模量:1.26~2.13 MPa),具有更低的密度(1.3~1.5 g/cm^(3))和强度特性(贯入阻力:0.19~1.32 N,黏聚力:3.7~6.9 kPa,内摩擦角:2.4°~3.9°),即承载力较低,蠕变性能较强。本研究在宏观上做了一般的探讨,为类似参数的稀软底质下海底采矿车的运行安全控制提供了较好借鉴与依据。

粒径大小对颗粒堆积体Burgers模型蠕变参数相似试验研究

为研究砂土颗粒材料堆积体在沉降过程中的变形行为,采用分级加载的方式进行三轴压缩蠕变试验,获得3组不同粒径(0.6~0.8 mm、1.0~1.5 mm、2.0~2.5 mm)的玻璃微珠蠕变变形-时间曲线,选取四元件Burgers模型对试验曲线进行拟合分析,得到玻璃微珠蠕变特性表征参数,并建立离散元数值模型对burgers模型参数进行验证。研究结果表明:玻璃微珠在三轴压缩条件下的蠕变特性可采用Burgers模型进行描述,蠕变Burgers模型的4个参数E_(k)、E_(m)、η_(k)、η_(m)与粒径和轴压均呈现负相关关系。将试验拟合得到的宏观Burgers模型参数转换为颗粒流程序中的微观Burgers模型参数,模拟结果与试验结果具有较高的吻合性,对比结果说明颗粒流Burgers模型适用于岩石颗粒蠕变试验的研究。