湿度场与围压耦合作用下基于Weibull分布的岩石损伤本构模型研究

在地基开挖、地铁施工等地下工程中,岩石常常受到湿度场–围压耦合作用。耦合作用会加剧岩石内部损伤,对于损伤本构模型的研究可以进一步揭示岩石损伤机理。目前对于在湿度场–围压耦合作用下岩石的损伤本构模型研究尚不完善。本文基于Lemaitre应变等价性假设理论和SMP准则,引入双参数的Weibull分布,对岩石微元强度进行修正,建立了湿度场–围压耦合作用下的岩石损伤本构模型。然后,采用极值法得出所需的本构模型参数。对灰质泥岩的峰值应力和峰值应变进行理论与试验曲线对比研究,提出的理论模型表现出较好的吻合度,验证了该本构模型及参数的合理性以及适用性。本研究对软岩的损伤模型研究提供了参考,有一定的工程实用性和指导性。

非均匀煤岩渗流-应力弹塑性耦合数学模型及数值模拟

利用Weibull分布模拟煤岩弹性模量和强度的非均匀性,结合煤岩弹塑性变形理论和瓦斯渗流理论,建立了非均匀煤岩渗流-应力弹塑性耦合数学模型,给出了该数学模型的有限元离散方程,开发了相应的数值计算程序Coupling Analysis。利用建立的模型模拟了辽宁某瓦斯抽放试井瓦斯抽放过程,结果表明,在瓦斯抽放过程中,有效应力变化诱发煤岩局部进入塑性状态,塑性区透气系数增加了约4.9倍,而弹性受压区的透气系数最大减小至22%,计算实例的瓦斯压、煤岩有效应力和煤岩变形都呈现非对称性,但服从理论规律,表明采用Weibull分布能很好地模拟煤岩力学参数的非均匀性。

混凝土破坏过程的数值模拟

采用梁 颗粒模型BPM2(beam particlemodel)模拟了混凝土在单轴受压状态下的破坏过程·在模型中用3种类型梁单元形成混凝土细观数值模型,每种梁单元的力学性质均按Weibull分布随机赋值,以便模拟混凝土细观结构的非均匀性·数值模拟结果显示,混凝土宏观破坏是由于其内部细观裂纹产生、扩展、连接的结果,揭示出混凝土破坏形态随材料性质分布的非均匀性变化而不同·

承高水压山岭隧道混凝土衬砌渗透损伤机理与模型研究

山岭隧道一般都处于高水压环境中,衬砌损伤特性需要考虑水压渗透作用。采用Weibull统计分布函数,建立混凝土整体初始渗透系数及损伤场变量计算公式;求解外水压力下圆形衬砌内渗透孔隙水压力;在此基础上,建立混凝土圆形衬砌渗流-应力-损伤耦合模型,并通过ABAQUS有限元分析软件进行算例分析,说明承水压山岭圆形混凝土衬砌损伤与渗流及应力之间关系密切。

基于威布尔分布的谷物干燥机可靠性分析

为了提高谷物干燥机的使用寿命,减少其故障的维修次数,运用可靠性分析理论对其使用寿命进行了分析研究。首先,对某型号谷物干燥机的维修数据进行了分析整理,根据维修记录得到的故障间隔时间拟合出了威布尔概率(WPP)图,基于图形法初步确定了其服从二参数威布尔分布;然后,利用点估计的优良性判别准则,采用粒子群算法求解似然函数得出了估计值,将其作为威布尔分布模型的参数;最后,采用K-S检验法对威布尔分布模型进行了检验,并在此基础上求得了谷物干燥机故障间隔时间的概率密度函数、概率分布函数和可靠度函数。研究结果表明:谷物干燥机的故障间隔时间服从二参数威布尔分布,并计算得到干燥机的平均故障间隔时间为249.8 h,且在可靠度为0.9时,预防性维修周期为137.6 h;该方法具有较高的精确度和易用性,对企业制定合理的维修决策具有一定的参考价值。

温度与围压耦合作用下基于Weibull分布的岩石损伤本构模型

基于Lemaitre应变等价性假设理论,假定受热-力耦合损伤的岩石微元强度服从Weibull分布,考虑温度与围压耦合作用对岩石力学参数的影响,采用损伤力学理论,引入热损伤变量和力损伤变量,在微元破坏符合D-P准则条件下,建立岩石热-力耦合损伤演化方程及本构模型,采用理论推导的方法得出所需的模型参数。通过对比所构建的岩石热-力耦合损伤本构模型曲线和试验曲线的峰值点,结果表明两者吻合度较好,能够很好反映岩石在温度和围压耦合作用下的损伤演化和本构关系,验证了该模型及模型参数确定方法的合理性和可靠性。模型所需的模型参数均可通过实验室常规三轴试验获得。