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。

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.

基于修正Burgers模型对钢筋混凝土徐变的分析

为了研究不同配筋率对混凝土徐变性能的影响,本文对素混凝土、8 mm钢筋混凝土和10 mm钢筋混凝土进行了为期350 d的压缩徐变试验。将非线性黏性元件与经典Burgers模型串联,得到了修正Burgers模型。利用不同配筋率混凝土的徐变试验数据,对CEB-FIB(MC90)模型和修正Burgers模型进行拟合计算,从而得到了混凝土徐变拟合曲线。研究结果表明:钢筋能够有效地抑制混凝土的徐变,并且随着配筋率的增加,抑制效果进一步增强;与CEB-FIP(MC90)模型相比,修正Burgers模型的拟合结果更加准确,能更好地预测钢筋混凝土的徐变。

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。

Burgers模型的参数获取方法

根据松弛模量和蠕变柔量的卷积关系,导出了Burgers模型参数———弹性模量Ke、主蠕变模量KP、主蠕变阻尼CP和次蠕变阻尼CS与松弛模量的关系,这种关系对利用MSC/NAS TRAN软件进行粘弹性和蠕变分析是必须的。针对某固体导弹发动机在固化降温和点火增压时,分别用Burgers模型和Prony级数形式表征药柱的力学特性,计算了发动机危险点的Von Misses应变变化规律,两结果吻合较好。

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。

基于修正Burgers模型的钢桥面铺装车辙有限元分析

为了准确预估钢桥面沥青铺装层的车辙深度,以南京四桥钢桥面铺装层为研究对象,采用了修正Burgers模型建立沥青混合料的本构关系,以单轴蠕变的试验数据拟合模型参数,并通过了ABAQUS有限元软件模拟车辙形成的过程。研究表明,对于浇注式沥青混凝土+高弹改性沥青铺装结构,车辙主要发生在浇注式沥青混凝土层,该层车辙深度占总车辙深度的63%。车辙随铺装层厚度增加而迅速增大,随轴载加大而增大,随荷位的变化尤其是横向荷位变化而有一定改变。车辙病害总体上随着环境温度升高而增大,但两者呈现突变的非线性关系。研究结果对同种类型沥青钢桥面的抗车辙设计、车辙预估、寿命预测具有一定的指导意义。

基于Burgers模型的岩层弯曲变形分析

由于岩石材料抗拉与抗压性能的明显差异,使岩层受蠕变作用时,其弯曲中性层位置及变形曲率都将随时间变化.基于Burgers流变本构模型,对岩层的中性层位置和相对蠕变函数随时间的变化特征进行了系统研究.研究结果表明:岩层弯曲中性层和曲率的初始状态决定于岩石材料的弹性参数,而最终状态决定于它的黏性参数;蠕变前期,岩层弹性、黏性参数对中性层位置和变形曲率都有较大影响,但随着时间增加这种影响迅速减弱;若岩石的抗拉、抗压、黏性性质相同,则中性层最终趋于几何中面,否则趋于某一确定位置;由于蠕变的作用,岩层曲率随时间不断增大,直至岩层发生破断;对于稳定蠕变情况,岩层弯曲中性层要偏离初始状态,但经过一定时间后又将回到初始状态,而岩层的变形曲率则随时间单调增加,但最终趋于某一定值.

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模型的软土桩基长期沉降计算方法

软土桩基础的沉降可能会持续几十年,其长期沉降计算一直困扰着广大岩土工程技术人员。笔者基于Burgers模型,建立了桩身和桩端的黏-弹性荷载传递模型,并以此为基础,考虑群桩效应,建立了桩-土-承台变形耦合的软土桩基长期沉降计算模型,并编制了计算程序CLPS。该计算方法能够计算多层软土桩基的长期沉降,而且适用于刚性承台和柔性承台桩基的长期沉降。使用该方法对2处软土桩基进行了长期沉降计算。结果表明该方法计算结果与实测值较为接近,两者最大相差不超过18.8%,最小仅为4.6%;与三维有限元计算结果非常接近,两者最大相差不超过6.7%,且该方法计算效率远高于有限元分析方法。

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Burgers模型的沥青混合料室内车辙试验粘弹性分析

由于沥青混合料特有的粘弹性力学特性和易受温度影响的性质,使得路面在通车后就出现车辙病害。笔者利用Burgers粘弹性模型,推导了室内循环荷载作用下单层车辙板的永久变形公式。对添加车辙王、SBS改性沥青和普通基质沥青的AC-20C型混合料进行不同温度下的室内车辙试验。利用1stopt软件反算出3种不同类型混合料的Burgers粘弹性模型的粘弹性参数,分析了不同添加剂及温度与粘弹性参数的关系,希望为沥青混合料的设计提供参考。

盐岩非线性Burgers模型及其参数识别

基于非线性流变力学理论,对常规黏滞体元件进行改进,提出一种新的变系数非线性黏滞体,其黏滞系数随时间增加而逐渐增大。将该非线性黏滞体替换常规Burgers模型中的线性黏滞体,建立非线性Burgers模型即NBurgers模型。该模型在一定的条件下可退化为常规Burgers模型。对盐岩试件开展三轴压缩蠕变试验,并利用试验结果,根据非线性最小二乘法基本原理对NBurgers模型的参数进行反演识别。拟合曲线和试验曲线对比显示:Nburgers拟合效果良好,误差较小,拟合曲线非常逼近于试验曲线,且其与试验曲线的吻合程度要明显高于常规Burgers模型,说明该模型能够更好地描述盐岩的黏弹性蠕变特性。

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模型的大型堆山工程沉降预测

对镇江市堆山工程中的地基土进行了室内一维固结蠕变试验,发现其流变特征符合Burgers流变模型,再将模型的蠕变方程转化成沉降计算的经验模型。根据实测沉降数据对此经验模型进行拟合,得到模型参数,且拟合精度较高,不仅避免了流变模型参数反演的繁琐性,还可以提高预测模型的精度。最终将经验模型用于堆山工程的后续沉降预测,与其他预测方法比较发现,基于Burgers模型的沉降预测方法更接近工程实际,考虑土体的流变特性是必要的,也为类似工程提供参考。

基于Burgers模型的硬质沥青低温性能评价

针对以延度指标来评价硬质沥青低温性能的局限性,选取4种代表性的硬质沥青进行低温弯曲梁流变(BBR)试验,得到其蠕变劲度模量S、蠕变劲度变化速率m等参数.利用Burgers黏弹模型对低温蠕变柔量曲线进行拟合分析,构建了松弛时间λ、新指标m(t)/S(t)和低温综合柔量参数JC等沥青低温黏弹性评价指标,并与硬质沥青混合料的最大弯拉应力指标进行相关性分析.结果表明:采用单一的S或m指标评价硬质沥青的低温性能存在一定的片面性,兼顾模量、蠕变速率、松弛能力的λ、m(t)/S(t)、JC可以更加准确地反映和评价硬质沥青的低温流变性能;在进行研究时可以采用m(t)/S(t)指标来评价硬质沥青的低温流变特性,但在工程应用中宜采用λ指标作为硬质沥青的低温评价指标.

基于Burgers模型的MDF连续平压质量控制计算方法研究

针对中密度纤维板(MDF)在加工及应用中存在鼓泡分层等问题,提出一种基于粘弹体理论的MDF质量控制工艺。通过研究粘弹体Burgers模型的本构方程和蠕变方程,得到蠕变柔量表达式;依据量纲齐次原则建立板坯拉压刚度—蠕变柔量模型;分别对伺服机构、液压加载系统进行分析,在系统模型计算中引入板坯拉压刚度和液压刚度耦合因子,得到带压力负反馈液压位置伺服控制系统模型,并在该模型基础上对具有粘弹特性的板坯热压控制系统进行仿真。实验结果表明,该模型能有效提高被控对象模型的精度,通过合理设计控制器,有效抑制了板坯粘弹性所带来的不良影响。

边坡锚固工程中广义Burgers模型的应用研究

流变是岩土材料的基本力学特性,流变效应是影响边坡变形及稳定性的重要因素。边坡锚固工程中,坡体介质应力调整和锚固力松弛直接影响加固坡体工程的稳定性,对工程安全性起着制约作用。考虑到坡体蠕变影响与锚固应力松弛的相互作用,结合工程实践,采用弹簧和Burgers并联模型进行锚索加固坡体的耦合蠕变分析,探讨其理论模型,获得了蠕变耦合模型的黏弹性流变参数。流变模型与试验结果的比较,显示了所建模型的正确性与合理性。

基于Burgers模型的沥青玛蹄脂DEM数值分析

应用微观力学理论和粘弹性原理,根据Burgers模型建立离散单元模型对沥青玛蹄脂进行模拟。通过数值模拟结果与经过验证的理论公式计算结果比较,整体较吻合,表明DEM数值模拟沥青玛蹄脂是可行的,对其进一步研究并不断完善,将成为研究沥青路面材料的一种新工具,对路面材料研究具有重要意义。