用统一流变力学模型理论辨识流变模型的 方法和实例

 M. Reiner用弹簧、摩擦片和黏壶这3个元件分别模拟岩石的弹性、塑性和黏性,且用其并联组合可组成7个不同的模型。其中与黏壶并联的有4个(包括黏壶本身),称为基本流变力学模型,对应于与时间有关的4种基本流变力学性态。用这4个基本流变力学模型进行串联组合,可以形成15个流变力学模型(包括4个基本流变力学模型和11个复合流变力学模型)。将包含全部4种基本流变力学性态的模型称为统一流变模型,它包括了其他14个模型,也即其他14个模型都是统一流变模型的特例。根据岩石在不同应力水平下的加卸载蠕变曲线的特性,可以全面地辨识出与15种流变力学性态相对应的15个流变力学模型,且15个流变力学模型与15种流变力学性态是一一对应的关系,对模型的辨识具有惟一性。虽然,在其他文献中有一些模型与这15个模型有差异,但可以通过等效变换转化成为这15个模型之一。根据所提出的统一流变力学模型及其性质,详细论述了用不同应力水平下的加卸载蠕变试验结果辨识与岩石流变性态对应的流变力学模型的方法,并采用2种岩石的相应蠕变试验结果,给出了辨识其流变力学模型的例子。     

关于“对‘岩石非线性黏弹塑性流变模型(河海模型)及其应用’的讨论”答复

1引言作者发表在《岩石力学与工程学报》2006年第3期的“岩石非线性黏弹塑性流变模型（河海模型）及其应用研究”等引起了尤明庆先生的讨论,作者就岩石流变力学研究中的有关问题,与尤明庆先生商榷。     

巷道/隧道围岩非线性流变数学力学模型及其初步应用

研制了三轴巷道／隧道围岩流变试验台，并进行了多年的试验观测。从岩石长期强度的衰减特征和岩石的应变能守恒原则出发，建立了非弹塑粘性元件组合模型的岩石非线性流变数学力学模型，在此基础上建立了巷道／隧道围岩非线性流变数学力学模型。应用线性莫尔强度理论将单轴应力极限转换为三轴应力极限，从而由所测的单轴全应力一应变曲线参数来求围岩三轴应变。依据该模型计算的巷道围岩流变值与试验值拟合较好，该模型在预测巷道破坏圈方面得到初步的成功应用。     

统一流变力学模型参数的确定方法

统一流变力学模型同时包含黏弹性、黏塑性、黏性、黏弹塑性4种基本流变力学性态,根据岩石在不同应力水平下的加卸载蠕变试验曲线特性,可以全面地对统一流变力学模型及其14个特殊情况下的模型进行辨识.以采用统一流变力学模型对流变模型进行辨识的方法为基础,对流变力学模型参数的确定方法进行研究.先介绍黏弹性、黏塑性、黏性、黏弹塑性这4个基本流变力学模型模型参数的确定方法.然后,将蠕变试验数据中的蠕变应变量分离成衰减蠕变应变分量(其蠕变曲线函数可表示为指数函数)和定常蠕变应变分量(其蠕变曲线形函数可表示为与时间成比例的线性函数)2部分.并分别介绍衰减蠕变应变分量中同时含有黏弹性和黏弹塑性2种应变,以及定常蠕变应变分量中同时含有黏性和黏塑性2种应变这2种情况的流变力学模型参数确定方法.最后,通过锡矿山页岩和东乡铜矿红砂岩2种岩石在不同应力水平下加卸载蠕变试验结果,给出2个流变模型参数确定的实例.     

岩石力学损伤和流变本构模型研究

博士学位论文摘要 采用几何损伤理论和能量损伤理论对岩石的力学特性进行了研究和建模探索，并探讨了瞬时损伤对流变的影响。主要工作内容如下：     

含弱面砂岩非线性黏弹塑性流变模型研究

 利用CSS–3940YJ型岩石剪切流变试验机,对向家坝水电站左岸坝基挤压带含弱面砂岩进行剪切流变试验。试验结果表明：该岩石属于典型的软岩,在恒定剪应力水平下具有显著的亚稳定蠕变特性。在应力达到一定水平时,岩石经过衰减和亚稳定蠕变之后发生加速蠕变破坏。根据含弱面砂岩剪切蠕变特性,对非线性流变元件进行改进,定义其在应力阈值前后分别等同于牛顿黏壶和非线性黏塑性体。将改进的元件与广义Kelvin模型串联,组合成四元件流变模型。该模型可以充分反映岩石亚稳定蠕变和加速蠕变特征,并具有结构简单、参数少的优点。推导四元件流变模型的本构方程,从理论上对岩石非线性蠕变特性进行分析。采用所建立的模型对岩石进行剪切流变力学参数辨识,并研究应力水平超过阈值后的参数辨识方法。通过模型计算结果与试验结果的比较,对提出的非线性黏弹塑性流变模型进行验证,显示所建模型的正确性与合理性。     

节理岩体黏弹塑性流变破坏模型研究

 针对岩块与节理面的黏弹塑性流变破坏模型问题开展研究。首先提出流变瞬时强度概念,以此为基础建立岩石和节理面的非线性黏塑性流变破坏模型的一般形式,并以岩石单轴压缩蠕变破坏试验为例,分析模型描述黏塑性变形破坏的特点。然后,建立岩石完整的黏弹塑性流变破坏模型,分析其描述蠕变和松弛的特性;研究参数 对于调节岩石流变破坏过程的作用,显示模型模拟脆性–延性流变破坏的特点。与大理岩单轴压缩蠕变破坏试验进行对比,结果表明提出的模型与试验结果吻合很好,可以很好地反映岩石蠕变破坏过程。进一步对节理面的黏弹塑性流变破坏模型进行讨论,并与灌水泥浆大理岩节理的剪切蠕变试验对比,结果表明模型也能很好地反映节理面蠕变破坏特点。最后,将建立的流变破坏模型应用于大岗山引水隧洞的流变破坏分析,确定其流变破坏过程和流变破坏时间,可为进一步喷锚支护设计提供依据。针对岩石和节理面所建立的黏弹塑性流变破坏模型概念明确,能正确模拟岩石和节理面的流变破坏过程和判断破坏时间,且参数为常规试验所得,将具有良好的应用前景。     

岩石流变力学研究现状及其发展趋势

流变性是岩石的重要力学特性之一,与岩体工程的长期稳定性紧密相关。阐述了我国近年来岩石流变研究的若干进展,主要包括岩石在水力、温度等不同环境下的流变试验、锚固岩石蠕变试验以及应力松弛试验研究和岩石长期强度以及岩石非线性流变模型研究等当前岩石流变力学研究的热点问题,并就今后需进一步研究和解决的问题提出了几点看法。     

岩石锚固界面剪切流变试验及模型研究

 大量的试验和工程实践表明：锚固系统的失效多是发生在岩土体和注浆体的锚固界面上。为此开展锚固系统界面力学特性的剪切流变试验,以研究注浆体与岩石交界面的受力机制以及锚杆锚固力在界面剪切流变过程中的变化特征。通过试验表明：在剪切面方向,随着时间的增长,同级剪应力荷载水平下剪切变形有所增加;当剪切应力水平较低时,试样剪切流变表现出初期和稳态流变,当剪切应力值超过某一界限时,剪切流变还表现出加速流变破坏阶段;随着流变时间的增加,锚杆轴向应变值有一定的增加,锚固力呈现缓慢回升的趋势;在此基础上,提出一种基于经验的非线性剪切流变模型,该模型特别考虑法向应力对剪切流变的影响,并将流变模型参数定义成剪应力水平的函数,从而能很好地描述剪切流变的初期、稳态和加速流变整个过程;为进一步验证锚固界面本构模型的正确性,采用此界面流变模型对试样3进行数值仿真的剪切流变试验51 h,计算结果与试验数据非常接近,表明采用此模型是合理而有效的。     

热力耦合作用下花岗岩流变模型的本构关系研究

 热力耦合作用下岩石的微观结构的变化是引起宏观力学变化的主要原因,从热力耦合作用下花岗岩的流变机制研究出发,建立热力耦合作用下花岗岩的流变模型,从而推导流变本构方程是一种可行的方法。通过热力耦合作用下花岗岩的流变机制研究可知：(1) 花岗岩是一种由多种成分构成的具有多晶复合介质特点的脆性坚硬岩石,具有很大的非均质性,内部微观结构可分为晶粒、晶粒边界、晶间胶结物及晶间孔隙,这样的组分和结构将决定花岗岩在热力耦合作用下的流变特性。(2) 热力耦合作用下花岗岩流变现象主要是热力耦合作用下岩体内晶间胶结物及晶粒内部产生的位错及微破裂过程,即温度产生的热破裂和应力产生损伤破裂的复合破裂过程,微观结构上的变化使得标志着热力耦合作用下宏观力学特性的力学参数成为温度的函数。因此,将岩石现象流变学与物理流变学结合起来,提出热力耦合作用下岩石热黏弹塑性流变元件力学元件,在广义西原模型的基础上建立热力耦合作用下花岗岩流变模型,推导出可描述150 MPa及600 ℃以内花岗岩的流变本构方程,用试验结果验证了其适用性和合理性。热力耦合作用下花岗岩流变模型的本构方程的建立为高温岩体地热开发钻井施工及其稳定性研究提供了依据。     

对“二维高速滑坡力学模型”的讨论

贵刊2006年3期刊登了肖盛燮等先生等题为"二维高速滑坡力学模型"的文章[1](以下称为原文).原文从式(4)～(23)为重复熊传祥等[2]的研究中式(1)～(20)的内容,且在式(4),(5),(22)中有几处符号错误,笔者后文中按顺序予以指正.以下仅对原文的式(4)～(23)提出商榷,公式序号按照原文.     

从"温州模式"到多中心城市群发展模式——以浙中城市群为例

改革开放以来,浙中地区在特定的经济、社会背景下,已逐步发展成以多中心为主要特征的城乡融合的浙中城市群。通过分析浙中城市群的特征、问题、背景和机制,明晰在强县扩权体制背景下、在"温州模式"的经济模式下,县域强中心、区域多中心的城乡融合发展模式的优越性。指出应将"小的是美好的"作为未来浙中城市群空间引导的核心理念,在浙江人多地少的宏观条件下引导城市空间的有机集聚,通过"TOD模式与串珠状发展空间、绿核与优质生活圈"等战略措施实现"城乡融合、整体融合"的空间引导目标。     

关于岩石“固结应力”记忆模型的探讨

１前言大量的现场位移监测资料表明,在边坡、露天矿与基坑的开挖中,相当多的情况是开挖后位移方向指向坑内,即坡体的较上部分以及地表的垂直位移分量向下,水平分量指向采坑。最具代表性的是基坑的开挖。基坑可以视为边坡的一个特例,从几何上讲是边坡开挖的极限状态。...     

“对‘二维高速滑坡力学模型’的讨论”的答复

潘岳教授、王志强教授"对‘二维高速滑坡力学模型[1]'(刊登于2006年第3期,以下简称‘原文')的讨论"文章(以下简称"讨论稿"),笔者阅读后极为重视,首先十分感激二位教授对原文作出的深入讨论,并与熊传祥等[2] 的研究作了详细的对照,指出了原文的过量引用及错误所在.笔者深受这种科学态度启发,特向二位教授表示衷心的致意!现就讨论稿所提出的相关问题答复如下,错误、欠妥之处,还请大家继续批评指正.     

对“准脆性材料破裂过程失稳的尖点突变模型” 的讨论

贵刊2006年第6期刊登了张明和李仲奎先生的题为"准脆性材科破裂过程失稳的尖点突变模型"的文章[1](以下简称为原文),述及岩石等准脆性材料在普通试验机(刚度相材于试验材料不是足够大)上加载时,由于材料的峰后软化特性,会导致试验机内弹性能于瞬间释放促成岩样以脆性形式破裂.     

对“准脆性材料单轴拉伸破坏全过程物理模型研究”的讨论

笔者很高兴读到白卫峰先生等的"准脆性材料单轴拉伸破坏全过程物理模型研究"[1](以下简称原文)一文。文章提出了一个由具有回折失稳(也称跃返失稳)特征的应力–应变曲线和一个应变软化特征的应力–应变曲线组成的"双本构物理模型(DCPM)",并以此来模拟混凝土类准脆性材料的破坏现象。文章表明作者进行了大量的研究工作。     

关于“对‘准脆性材料破裂过程失稳的尖点突变模型’的讨论”的回复

作者发表于<岩石力学与工程学报>2006年第25卷第6期的"准脆性材料破裂过程失稳的尖点突变模型"引起潘岳教授等的讨论.基于此,作者就相关问题进行说明,旨在回答"对'准脆性材料破裂过程失稳的尖点突变模型'的讨论"一文提出的若干问题,并且阐明目前在岩体以及岩石类材料失稳过程分析中应用突变理论时两种不同的观点和处理方法以及所采用的突变模型.     

对"隧道围岩-初支系统灰色突变失稳预测模型研究"的讨论

贵刊2008年第6期刊登了题为"隧道围岩-初支系统灰色突变失稳预测模型研究"的文章[1](以下简称原文),原文对围岩-初支系统的拱顶沉降和洞周边墙变形收敛值的现场监测数据进行了平滑处理和一次累加生成变换,进行了和之比和距初支时间的多项式回归拟合,有一定实用意义,进而利用回归曲线建立灰色尖点突变模型,来对围岩-初支系统的失稳时间进行预测.     

关于“对‘准脆性材料单轴拉伸破坏全过程物理模型研究’讨论”的回复

1引言作者发表于《岩石力学与工程学报》2007年26卷第4期的"准脆性材料单轴拉伸破坏全过程物理模型研究"[1](以下称原文)引起沈新普教授的讨论。非常感谢沈教授对拙作提出的宝贵意见,现就有关问题与沈教授商榷,并希望同各界同仁就工程材料损伤、破坏领域的问题展开积极的讨论。