基于Burgers模型考虑损伤的非定常岩石蠕变模型

Burgers模型只能描述岩石蠕变的前两个阶段,为了描述蠕变全过程,考虑蠕变参数的时间效应及损伤带来的影响,采用非定常黏性元件取代Burgers模型中串联的定常黏性元件,使其能描述加速蠕变阶段。根据损伤变量的变化特征,假定了一个函数,经过Lemaitre应变等效原理,代入Kelvin模型可得到能描述蠕变衰减阶段的模型。试验数据拟合结果显示,改进的Burgers模型能很好地描述加速蠕变阶段,模型拟合曲线与试验曲线基本吻合,相关系数高,参数取值也在合理范围内;非定常Burgers模型更适合描述不同应力下的岩石蠕变特征曲线。

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。

基于修正Burgers模型的沥青混合料粘弹性蠕变损伤时-温激励特性研究

为研究沥青混合料蠕变特性与其时-温条件下的蠕变规律,准确反映沥青混合料蠕变过程及蠕变数值,引入反映材料内部损伤效应的损伤因子,对Burgers模型进行非线性修正,建立修正Burgers蠕变模型,并通过沥青混合料单轴压缩蠕变实验和离散元PFC模拟蠕变试验进行对比分析,以验证模型的可靠性.研究结果表明:通过修正模型对实验结果的拟合分析,得出沥青混合料时-温蠕变过程的5个发展阶段及各自特点;推导出不同温度沥青混合料蠕变值计算公式;建立的非线性材料损伤蠕变模型可较好地描述沥青混合料蠕变过程.

岩石非定常Burgers蠕变模型及其参数识别

针对岩石蠕变的非线性特征,提出了一种非线性黏壶元件,并分别替换Burgers模型中的两个线性黏壶元件,从而建立了一种非定常参数Burgers模型。推导了非定常Burgers模型的一维蠕变方程,分析模型参数?1与?2取值范围对蠕变方程的影响,从理论上确定了非定常模型能够描述蠕变的3个阶段。在此基础上,将非定常Burgers模型的蠕变方程推广至三维应力状态下,并基于Levenberg-Marquardt算法对向家坝岩石的三轴压缩蠕变试验曲线进行拟合及参数识别。通过对比定常与非定常Burgers模型的拟合曲线与相关系数,可以发现非定常Burgers模型拟合效果更好,且能够准确描述包括加速蠕变在内的岩石三阶段蠕变特性,验证了所构建非线性模型的适用性与合理性。

岩石的非定常Burgers模型

建立一个与时间、应力状态有关的非线性黏滞体,该黏滞体可以描述岩石的非线性黏弹性流变特征;将该非线性黏滞体替换Burgers模型中的线性黏滞体,得到修正Burgers模型,该模型也称为非定常Burgers模型。对锦屏二级水电站辅助交通洞的绿片岩进行双轴压缩蠕变试验,将定常Burgers模型和非定常Burgers模型对蠕变试验曲线进行拟合对比分析。研究结果表明:采用非定常Burgers拟合时,拟合曲线与试验曲线基本吻合,残差平方和比采用定常Burgers模型时的小,且相关系数也有明显提高,因此,非定常Burgers模型更适用于描述硬岩的黏弹性蠕变特征。

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。

基于Burgers模型考虑损伤的岩石蠕变全过程研究

岩石蠕变是一个显著的非线性问题,而经典的Burgers模型是一种线性蠕变模型,必然不能全面地描述岩石蠕变的全过程.当岩石处于高应力水平下的加速蠕变阶段,岩石内部损伤会不断产生和累积,蠕变呈现出明显的非线性特征.为了更好地描述考虑损伤的岩石蠕变全过程,本文假定加速蠕变阶段的损伤演化方程,将损伤引入到Burgers模型中,提出了一种非线性蠕变损伤模型.然后以乔后盐矿试件蠕变实测数据为分析案例,验证模型在应用于实际工程时的准确性和适用性.最后根据Origin软件数值拟合的结果,表明本文所提出的非线性蠕变损伤模型能很好地描述岩石蠕变全过程,模型参数取值也在合理范围之内,模型拟合曲线与实验所得数据具有较好的一致性.

一种非定常参数的岩石蠕变本构模型

在前人的研究基础上提出了一种新的非定常参数的岩石蠕变模型,该模型由一个牛顿体和一个类似于开关的SO元件并联后与一个广义Kelvin体串联,通过SO元件的作用,新模型可以在Burgers模型与广义Kelvin模型之间切换,并将Burgers模型中牛顿体的粘滞系数η1看成与时间有关的非定常参数,使得模型不仅可以反映稳态蠕变过程也可以反映加速蠕变过程.

基于损伤力学的砂岩蠕变模型研究与参数辨识

在Burgers模型的基础上,应用损伤力学的原理,通过引入3种不同的损伤变量演化规律,建立了改进Kachanov蠕变损伤模型、应变控制蠕变损伤模型和统计损伤模型,模拟向家坝砂岩三轴蠕变试验,并进行模型参数辨识及参数敏感性分析.3种蠕变损伤本构模型都能够较好地模拟蠕变全过程曲线,且各模型对曲线的模拟有着各自的特点.对比分析各个蠕变损伤模型,说明了提出的3种蠕变损伤本构模型都能够很好地反映砂岩的流变特性,但相比而言统计蠕变损伤模型更具有优势.本文研究为岩石工程的长期稳定性分析提供了理论参考.

考虑应力水平和损伤的胶结充填体蠕变特性及本构模型

充填采矿法中胶结充填体处于长期荷载环境,其蠕变特性会对矿山安全开采产生重要影响。基于此,制作胶结充填体的标准圆柱体试样,采用WDW-100 kN型微机控制电子万能试验机加载系统和DS2系列全信息声发射监测系统,进行了单轴压缩、分级蠕变和声发射监测试验,获取了胶结充填体蠕变变形及振铃计数、能量和振幅等声发射特征参数。根据试验结果,探讨了不同应力水平下胶结充填体蠕变变形特征和声发射特征;对比单轴压缩试验,从宏细观角度揭示了胶结充填体蠕变破坏特征;考虑应力水平和损伤的影响,引入损伤变量、新的二次黏性元件和开关元件,构建了能表征不同应力水平下胶结充填体蠕变变形规律的改进Burgers模型,并通过试验结果进行验证。研究结果表明:①不同应力水平下,胶结充填体的蠕变3阶段变形特征差异显著,据此将荷载应力大小分为减速、等速和加速3类应力水平;②不同应力水平下,胶结充填体声发射特征与各阶段蠕变变形特征变化规律较一致:减速蠕变阶段内,声发射事件较活跃;稳定蠕变阶段内,声发射活动较少;加速蠕变阶段内,声发射事件最活跃;③对比单轴压缩破坏,胶结充填体蠕变破坏程度较为平缓,主裂纹沿扩展方向发生明显偏转,完整性较好,以结构性失稳破坏为主;④构建的改进Burgers蠕变模型能与各应力水平试验数据均有较高吻合度,较好的表征了不同应力水平下的胶结充填体蠕变变形规律。

软岩非定常蠕变参数辨识

岩石的流变特性是年岩石重要的力学特性之一,它控制着岩石的蠕变参数.某矿区岩石具有显著流变性,因此,矿区岩石蠕变规律研究成为一项重要的基础工作.为此,对矿区软弱复杂矿岩蠕变特性进行了试验研究.采用多级循环单轴压缩进行试验,在对试验数据深入分析时,考虑了加载历史对岩石试件变形的影响,真实地反映了岩石试件本身的流变力学行为.选取Burgers模型来反映岩石的蠕变特性,建立了一维情况下非定常粘弹性模型的蠕变方程,结果表明非定常粘弹性模型比定常粘弹性模型更为准确地反映了岩石的粘弹性变形性能.

考虑损伤效应的PVC竹粉复合材料蠕变性能分析

【目的】为了全面探讨PVC竹粉复合材料的蠕变性能。【方法】本研究引用材料在不同温度下的蠕变试验数据,并根据时温等效原理绘制出不同参考温度下的蠕变柔量主曲线,同时推导出两种考虑损伤效应的蠕变新模型,采用新模型对25℃做参考温度的蠕变柔量主曲线进行拟合。【结果】本研究验证了可通过材料在较高温度、较短时间下的蠕变行为来预测较低温度、较长时间下的蠕变行为,并得到两种损伤新模型的待定力学参数。【结论】两种损伤蠕变新模型均能较好地表征PVC竹粉复合材料的蠕变力学性能,其中非定常Burgers损伤蠕变模型的拟合效果更佳。

玄武岩纤维高粘沥青砂蠕变损伤模型的研究

研究表明纤维可以增强沥青混合料的路用性能[1-2]。首先通过蠕变试验验证了玄武岩纤维增强沥青混合料抵抗蠕变变形的能力,然后使用基于Kachanov损伤机制和Burges模型进行耦合得到的蠕变损伤模型对得到的蠕变曲线进行拟合得到相关参数,结果显示拟合效果良好,说明该模型可以很好地描述蠕变三阶段曲线;最后对比分析了两种试件的延迟时间和松弛时间。

高德煤矿花岗岩蠕变损伤模型研究

为了研究高德煤矿围岩的蠕变特性以及加载过程中的损伤演化性质,对花岗岩试样进行了分级加载蠕变试验,基于Burgers模型引入改进的Kachanov损伤模型,建立了能描述加速蠕变阶段的蠕变损伤模型,通过数值模拟计算对考虑和不考虑损伤的巷道控制点的变形量进行对比,探讨损伤模型在实际工程中的运用。研究结果表明:由径向蠕变确定的岩石长期强度小于轴向长期强度,且径向蠕变较轴向蠕变更加敏感;当应力水平达到径向长期强度时,开始出现扩容现象,当应力水平达到轴向长期强度时,体积应变开始由正值变为负值。结合轴径向蠕变试验曲线,对蠕变损伤模型参数进行辨识,决定系数达到0.97以上,模型曲线与试验曲线吻合度高,验证了所建立蠕变损伤模型的合理性;建立的蠕变模型考虑损伤比不考虑损伤的位移大许多,考虑损伤最大变形比不考虑损伤最大变形增大约0.055 27 mm,验证了蠕变损伤模型可以更好地反映巷道围岩的劣化效应,利于巷道的后期支护与安全。

基于粘弹性损伤模型的沥青混合料高温性能评价指标研究

在常用的各种力学模型中,修正Burgers模型是目前公认相对准确而又简单的模型,然而该模型只对静态荷载下混合料蠕变特性适用,且不能将延迟粘弹性变形与粘性流动变形区分出来,以此进行车辙预估必然导致预估车辙偏大。将修正Burgers模型看成是由三单元范德普(Van Der Poel)模型与修正的外置粘壶组成,就能将永久应变与弹性应变区分开来,更加合理。考虑耦合损伤的修正Burgers模型能反映混合料高温变形的三阶段,且当卸载时间为加载时间的10倍左右时,残余粘弹性变形占不到10%,可以略去不计。推导间歇加载半正矢波下混合料的本构模型,用origin7.5软件进行拟合,相关度0.99以上。最后提出基于耦合损伤力学模型的混合料高温性能评价新指标蠕变度和平均车辙深度。

深埋大变形隧道炭质板岩蠕变特性试验

针对深埋隧道中厚层炭质板岩蠕变特性,进行三轴压缩强度试验与三轴蠕变试验,建立能反映时间损伤的炭质板岩蠕变模型,进而为后续的深埋隧道时空效应分析提供蠕变模型与参数。结果表明,炭质板岩峰值强度较高,峰后出现应变软化,破坏时出现明显剪切破裂面。蠕变试验显示,随着加载应力水平提高,轴向与侧向均出现衰减蠕变、稳态蠕变及加速蠕变,侧向与轴向应变之间的关系由近似线性增加趋于破坏应力水平时的非线性增加。轴向蠕变存在起始应力阈值,约为同围压下瞬时抗压强度的60%,侧向蠕变起始应力阈值约为轴向的50%,侧向加速蠕变比轴向加速蠕变发生略早。在Burgers模型中引入反映力学参数随时间损伤劣化的损伤因子,建立了变参数Burgers蠕变损伤模型,损伤蠕变模型对试验数据的拟合效果优于定常Burgers模型。将变参数Burgers蠕变损伤模型串联一个由非线性黏壶与塑性元件并联而成的非线性粘塑性体,建立了非线性粘弹塑性蠕变损伤模型,该模型较好的描述了炭质板岩的加速蠕变,可用于后续的隧道大变形时空效应分析。

分级加载条件下红砂岩蠕变特性试验研究

岩石的蠕变性质是引起工程岩体破坏的主要原因之一。通过进行分级加载蠕变试验,分析了红砂岩在不同加载应力条件下的蠕变特征。试验结果表明:在不同加载应力条件下,试件等速蠕变阶段应变速率与加载应力呈指数函数关系,并且当加载应力大于损伤强度σcd时,径向等速蠕变阶段应变速率大于轴向;同时,试件在破坏过程中存在加速蠕变阶段不明显的现象。根据蠕变破坏过程中黏滞系数的变化特点,将理想黏塑性体中的黏滞系数定义为时间的负指数函数,建立了一个非定常西原蠕变模型,该模型能较好反映红砂岩在单轴压缩条件下的蠕变特性。