基于粘塑理论的岩石流变本构模型研究

基于热力学框架下的Perzyna粘塑理论,推导了适用于岩石的流变粘弹塑性本构模型,结合砂岩的三轴蠕变试验数据,对推导的本构模型的合理性与正确性进行了验证.结果表明:基于粘塑理论的流变本构模型可以较好地反映岩石的流变力学特性,对室内试验结果拟合得到的相关力学参数可以作为现场岩体流变力学特性评价的参考依据.

考虑蠕变损伤的Q_2黄土流变本构模型

根据Q2黄土的流变特征,其粘弹性特性可采用五元件广义的Kelvin模型来描述,其线性粘塑性特性可用与一滑块并联的Maxwell模型来描述,而非线性粘塑性特性,可通过损伤与塑性应变的耦合作用来反映。在考虑黄土瞬时损伤、蠕变损伤及黄土粘弹塑性组合模型的基础上,应用应变等效原理,建立了蠕变损伤流变本构模型,并通过拟牛顿法确定了相应的模型参数。该模型能够较好地描述黄土的加速蠕变过程,具参数少、适用性广的特点。

基于分数阶导数理论的Q_(3)黄土流变本构模型研究

荷载的时间效应诱发的黄土蠕变和渐进破坏会显著影响其工程构筑物的长期服役性能。特别是在我国西北地区黄土广泛分布,在荷载的长期作用下一些典型工程建构筑物(如西安地铁开挖的黄土隧道工程)可能因黄土蠕变和渐进破坏而失稳,进而对工程建设的顺利实施以及工程建设完成后其安全运营维护产生极为不利影响。可见,对黄土流变特性进行分析并揭示其流变机理进而建立其本构模型具有重要的理论和实际意义。为此,以Q_(3)黄土为研究对象,基于分数阶导数理论,通过对典型蠕变变形过程进行分析,提出了一种可模拟加速蠕变阶段非线性变化特征的分数阶元件模型,对其进行理论分析进而建立了分数阶改进西原模型并推导出本构方程。在此基础上对Q_(3)黄土的原状与重塑样开展了三轴分级循环加-卸载流变试验,以验证分数阶改进西原模型的有效性。相应的理论计算结果表明:分数阶改进西原模型既能实现对Q_(3)黄土减速蠕变、等速蠕变和加速蠕变3个流变阶段的模拟,又可弥补整数阶改进西原模型无法描述加速蠕变阶段的不足,而且相比于整数阶改进西原模型,其在减速蠕变及卸载阶段的预测效果更佳。研究结果为考虑黄土流变问题的建构筑物安全运营维护设计与施工方案提供了重要的理论依据。

高湿度Q_2黄土的非线性流变本构模型及参数

为满足逆作法施工的宝鸡火车站地下商场工程设计与施工分析的需要 ,本文根据土的非线性流变理论 ,通过对工程所在场地土的室内单轴和三轴流变试验 ,建立了高湿度 Q2 黄土的非线性流变本构模型 。

基于PSO-BP网络的流变本构模型智能化识别研究

岩石流变是岩石力学问题中一个重要的研究课题,而岩石流变本构模型理论仍是目前岩石力学研究中的难点和热点问题之一.基于神经网络方法智能化识别岩石流变本构模型.基于系统辨识理论,构建了PSO-BP神经网络模型,在Matlab平台基础上编写PSO-BP网络智能化识别程序,直接根据流变试验数据,通过网络自学习,输出可以近似反映岩石流变全过程的神经网络结构化表达.将识别得到的岩石流变本构模型与原试验曲线进行拟合,并利用模型验证数据进行仿真计算,得到的仿真结果令人满意,验证了该神经网络方法直接识别岩石流变模型是可行的.

巴东组泥岩非线性流变本构模型研究

巴东组泥岩是红层软岩的一种,是典型的易滑地层,因此研究巴东组泥岩的力学特性有着十分重要的意义。本文以巴东组泥岩为研究对象,开展室内瞬时力学试验和流变力学试验。根据巴东组泥岩瞬时三轴压缩试验结果确定流变试验应力加载等级,开展三轴压缩条件下巴东组泥岩流变力学试验,分析岩石的流变力学特性。通过比较屈服强度与流变长期强度,引入屈服应力阈值元件和长期强度阈值元件;研究破坏阶段的黏滞系数变化规律,采用幂函数描述破坏阶段的黏滞系数特征,引入具有应变阈值的非线性牛顿体元件。最终建立一个新的八元件非线性黏弹塑性流变本构模型。应用L-M算法对流变试验曲线进行辨识,得到各个加载等级水平下的流变模型参数。对比试验数据与模型拟合数据,两者吻合较好,表明本文建立的流变本构模型能够准确的描述岩石的3个典型流变阶段。最后分析了应变阈值元件参数和应变阈值对流变时长的约束作用。

某水电站高边坡煤系软弱结构面流变特性试验研究

针对坝区开挖高边坡煤系地层软弱结构面的发育特点,设计和开发饱水条件,软弱结构面剪切流变试验装置,系统开展高边坡煤系地层中软弱结构面的时效变形特性研究,尤其是通过长达近1a的流变力学试验,应用Burgers流变本构方程,建立各种类型软弱结构面的综合时效本构方程,获取坝区煤系地层软弱结构面的长期强度参数。剪切流变试验结果表明,饱水状态下软弱结构面长期强度参数c值为57～160kPa,φ值为12°～18°,比利用携剪试验所获得的软弱结构面饱水快剪强度参数折减约60%。研究结果为水库蓄水运行期的边坡安全反馈分析、变形机制、边坡加固防治对策的采取及支护设计优化提供重要的理论依据,也为类似工程边坡软弱结构面提供具有参考价值的本构模型。

结构钢高温流变模型及有限元方程

结构钢在高温下的蠕变不可忽略,推导高温流变本构方程和蠕变,在考虑应力、温度和时间作用下建立平面结构钢梁单元有限元方程,为钢结构的高温(抗火)分析提供合理的依据。

页岩卸荷流变力学特性的试验研究

岩体开挖卸荷产生的变形具有时间效应,其瞬时力学及流变力学响应都会有一定的变化。当前,对此流变行为的研究多建立在加载力学基础上的岩石流变试验,而未考虑岩石卸荷应力路径下的流变特性,往往与实际力学过程不相吻合。选取乌江彭水水电站地下厂房新鲜页岩进行恒轴压、逐级卸围压应力路径下的卸荷流变试验,对岩石的三轴卸荷流变特性进行初探。试验表明,页岩在较低应力水平下,轴向及侧向蠕变曲线呈现出衰减阶段的流变特性。基于试验成果,对H-K三元件模型参数进行非线性回归,从而得到页岩在该应力状态下的卸荷流变本构方程。研究表明,该模型能很好地描述该应力路径下页岩的卸荷流变行为。

路基压实土流变变形的力学表征及参数辨识

为了研究路基压实土的流变性质,利用改造的实验装置对3种路基压实土分别进行传统直剪、固结实验以及固结蠕变和剪切固结耦合蠕变实验,得到其基本力学性质和蠕变实验数据。借助这些实验数据,基于分数阶微积分理论和Mittag-Leffler函数建立压实土的三参数类Maxwell流变本构模型,通过引入Deborah数、采用含权值的面积判定函数以及逐点搜索的方式,实现该本构模型参数的自动辨识。结果表明建立的流变本构模型具有参数少、且能较好地吻合流变实验数据的优点,具有很好的应用价值。

盐岩流变特性及盐腔长期稳定性研究进展

介绍了地下盐腔长期运营过程中盐腔收敛变形和有效容积丧失等问题,从盐岩流变实验研究、盐岩流变本构关系建模、盐腔长期稳定评价等方面综述了盐岩流变学研究进展.文章指出,将盐岩流变本构模型与流变过程中盐岩微细观尺度上的损伤演化物理机制相融合,是盐岩流变学一个值得关注的研究方向.

路用红砂岩粗粒土的流变特性试验研究

为了研究红砂岩粗粒土高速公路路堤填料的流变工程性质,利用大型三轴流变试验仪对路用的90区和93区红砂岩粗粒土进行低应力状态(σ3=100,200和300 kPa)的三轴流变试验,研究红砂岩粗粒土在低应力下的流变规律以及应力状态对体积流变分量和剪切流变分量的影响。引入Morgan-Mercer-Florin核函数,建立描述红砂岩粗粒土的体积流变分量-时间的关系和剪切流变分量-时间关系模型,提出红砂岩粗粒土最终体积流变量和最终剪切流变量公式。最后,建立一个基于Morgan-Mercer-Florin函数新的红砂岩粗粒土流变本构模型,确定压实度为90％和93％的红砂岩粗粒土的流变模型参数,并将Morgan-Mercer-Florin模型嵌入椭圆-抛物线双屈服面弹塑性本构模型,用于描述红砂岩粗粒土的粘弹塑性性质。流变试验结果表明:球应力(p)对最终体积流变分量影响很大,应力水平(S)对最终剪切流变分量影响显著,最终体积流变量和最终剪切流变分量可以分别用p和S表示。

考虑时间效应的泄流坡滑坡变形特征

泄流坡位于甘肃南部舟曲县境内,分布在坪定—化马断裂带上,属于典型的断裂带滑坡,断层不仅控制着滑坡边界,也影响着滑坡土体变形。通过现场调查取样并开展室内实验,获取滑坡土体物理力学参数。综合运用有限单元法基本原理,采用时间硬化Drucker-Prager土体流变本构方程,分析在构造应力场和重力场作用下,滑坡土体受力与变形,并与现场监测数据比较,研究泄流坡滑坡的变形特征。指出断层上、下断盘控制着滑坡体边界和走向,也影响边界接触区域土体变形。泄流坡滑坡土体流变变形在坡体中部最大,并在滑坡体上交替形成堆积区与拉裂区。计算结果表明泄流坡滑坡坡体最大流变变形滑移量目前稳定在0.3m·a^(-1),仍处于稳定蠕滑状态,流变变形占全年滑动变形的8.36%。指出泄流坡坡脚堆载反压对于泄流坡坡体整体变形影响较小,但可以显著缓解S313公路路基变形。

高填方路基压实土流变实验方法研究

在常规土力学实验装置基础上通过适当升级改造,实现了路基压实土的流变实验目的,形成了较为完整的路基压实土的流变实验方案,获得可用于路基设计的流变力学参数,并通过理论分析和实验数据验证了方法的可行性.实践表明本方法成本低、可操作性强,实验结果能较好地应用于工程设计和施工.

HDPE/LDPE/SBS高耐应力开裂复合材料亚微相态-力学性能-流变性能的研究(Ⅱ)

通过HDPE/LDPE/SBS三元复合,可制得高耐开裂聚烯烃高分子合金复合材料。至目前,对本课题所涉及的上述复合材料的加工流变性能的研究尚未见报导。通常研究这一类复合材料时,多半应用幂律型非牛顿指数方程,但是所得到的流变参数很难反映这种复材料流变过程的内在机理,因此本文着重使用JRG流变本构方程来研究HDPE/LDPE/SBS三元复合体系的流变机制,并与幂律方程的结果作了系统的对比,其结果表明,由JRG方程得到3个流变参数ΔE0、α、β更好地反映了这种复合材料的流变性能,为加工应用这种材料提供了理论依据。其中2#、10#样品流变性能最好,4#、6#样品同时具有较好的流变加工性和耐环境应力开裂性。

滇中红层泥质粉砂岩流变试验研究

滇中引水工程穿越大量红层软岩,为了研究水工建筑物的长期稳定性,必须研究红层软岩的流变性。在对滇中红层白垩系中统江底河组一段(k2j1)泥质粉砂岩的研究中,采用单轴压缩流变试验分析其变形规律和破坏特征,得到其长期抗压强度为单轴抗压强度的62%;根据剪切流变试验,得到其长期c值和值,根据试验结果曲线,判断其流变本构关系与伯格斯(Burgers)模型相符,引入基于模式搜索的最小二乘法确定了该软岩的流变参数。流变参数可为工程设计提供参考。

对地基应力解除法进行建筑物纠偏数值模拟

为研究对建筑物进行纠偏 ,提出了土体的一种非线性弹 -粘弹性流变本构模型 ,并将模型成功运用于软粘土纠偏实践中 ,用有限元法对地基应力解除法纠偏建筑物的全过程进行了数值模拟 ,并对施工过程中地基应力水平场和位移场的变化转移、沉降速率随时间的变化规律及计算范围内地面的沉降量等进行了分析 ;结果表明 :软土的流变特性对纠偏的影响不可忽略 ;

黏弹塑性普适组合模型及其工程应用

用合适的流变模型描述岩石工程的流变特性是岩石流变研究的重要内容之一,而数值软件包含的流变模型不足,影响了流变本构模型在全局范围内识别的发展。为此,首先证明了在Maxwell体上并联n-1个Maxwell体的广义Maxwell模型和串联相同数目的Kelvin体的广义Burgers模型是等效性,并提出了黏弹性模型等效的必要条件;从黏弹性等效原理出发,论证了广义Burgers模型的普适性,提出了黏弹塑性普适组合模型,进而推导了其有限差分方程。最后用紫红色黏土岩的室内试验数据证实了黏弹性组合模型等效性的存在,并用锦屏二级水电站辅助洞验证了黏弹塑性普适组合模型二次开发的可行性、正确性和普适性,为复杂材料流变模型辨识提供了一条新途径,为模型惟一性论证提供了依据。

软土蠕变-固结的耦合效应研究评述

根据软土蠕变和固结的理论,对其耦合效应的研究现状做了综述,其中也简要论述了土的蠕变特性、土体流变本构模型、土的固结理论等方面的内容,最后对于进一步的研究提出了一些基本思路.

冻结红层软岩的蠕变特性研究

为研究第三系红层软岩在低温下的蠕变特性,对冻结红层进行单轴蠕变试验,试验结果表明,在应力水平较低时,软岩只存在衰减蠕变,随着应力水平的增大,当超过流变长期强度时,出现了非稳定蠕变;同时,随着温度的降低,软岩的瞬时应变量和蠕变量都会明显减少,而长期强度则有较大幅度的增长,说明温度对软岩及冻结壁的流变性质影响十分显著。引入与时间和应力相关的非线性黏滞系数和时间开关函数,对西原模型进行改进,得到了可以描述加速蠕变的非线性流变本构模型,通过试验数据对冻结红层软岩的参数进行了辨识。将流变模型嵌入到abaqus有限元程序,并对井筒开挖进行数值模拟,获得冻结壁最大位移与时间曲线,通过与实测值进行比较,两者较为吻合。可见,建立的流变模型能够很好的描述冻结红层软岩的蠕变规律。