软岩黏弹塑性流变特性及非线性蠕变模型

采用分级增量循环加卸载方式,对金川有色金属公司Ⅲ矿区软弱矿岩进行流变试验,探讨了软弱矿岩的黏弹塑性变形特性.建立了软岩的非线性蠕变模型.结果表明:分级增量循环加卸载下软岩有明显的瞬时应变硬化趋势,软弱矿岩JC1099试件的黏弹性应变分量与黏塑性应变分量之比为3.15～6.58,随应力水平的增加蠕应变中黏塑性应变占的份量总体上有增加走势;在低应力水平下,蠕变变形趋于稳定状态,在高应力水平下,软岩蠕变往往表现出加速蠕变特性.建立的非线性蠕变模型可以用统一的蠕变方程来描述软岩蠕变的3阶段,将该模型应用于金川Ⅲ矿区矿岩蠕变试验,蠕变试验曲线与理论曲线较为吻合.     

一种软岩流变模型

为了描述工程软岩的复杂流变特性，提出了2种非线性元件－蠕变体（CYJ体）和裂隙塑性体（L体），并将它们和描述衰减蠕变特性的开尔文体（K体）、描述瞬弹性的虎克体（H体）及圣文南体（S体）相结合，得到了一种新的复合流变力学模型，并推导了其流变本构方程；讨论了该复合模型在恒应力条件下的蠕变特性及恒加载速率下的流变效应。研究结果表明：该模型不但能描述软岩在低应力时的弹性和粘弹性（稳定蠕变），而且能描述软岩在较高应力时的弹性、塑性、粘弹性和粘塑性（不稳定蠕变）。     

一种青藏高原冻结砂土蠕变本构模型

为描述青藏铁路沿线冻结砂土的蠕变特性,建立一个考虑应力和时间耦合的蠕变本构模型.首先进行一系列不同温度、干密度条件下的冻结砂土三轴蠕变试验;其次以Nishihara模型为基础,考虑应力和时间对模型元件的耦合影响,将黏弹性元件中定常的黏滞系数修正为时间和应力的函数,引入损伤变量改进黏塑性元件,构建新的冻结砂土蠕变本构模型;最后基于试验数据验证其科学性.结果表明:试验数据与拟合数据吻合良好,改进模型能较好地描述不同温度和应力水平下冻结砂土的衰减、稳态和加速蠕变特性;改进模型中黏弹性元件的黏滞系数、剪切模量和黏塑性元件的黏滞系数均随温度升高和应力水平增大而减小,损伤变量参数随着温度升高、应力水平增大而增大.成果可为冻结砂土蠕变沉降预测提供一种新的选择,为蠕变理论研究积累资料.     

水环境中高水速凝材料蠕变特性及其流变模型

为了研究高水速凝材料作为采空区充填体是否具有长期、有效控制上覆岩层移动变形的能力,对高水速凝材料进行了瞬时物理力学试验和微观扫描分析,及利用重力连续加载方式进行了干燥和水环境中的蠕变试验,根据蠕变试验曲线进行了高水速凝材料的流变模型辨识和参数反演。结果表明：高水速凝材料在空气环境中容易丧失强度,水环境条件工作更利于提高其自身结构和承载力的稳定性;高水速凝材料的长期蠕变稳定性取决于荷载水平是否达到其材料的长期屈服强度;Burgers流变模型能更好地描述水环境中高水速凝材料这种“类”软岩的蠕变特性。     

岩石流变的一种非线性黏弹塑性流变模型研究

将黏滞系数视为非定常量,建立黏滞系数的非线性函数关系,提出一种能描述岩石蠕变全过程的非线性流变力学模型,且在一定条件下模型可蜕变为Burgers模型或西原正夫模型。推导了岩石在常应力和常应变条件下的流变方程;研究了岩石的非线性蠕变特性和松弛特性。对不同应力条件下的岩石蠕变试验结果进行拟合,并将本文的非线性岩石流变力学模型与试验结果进行比较。结果表明,试验曲线与理论曲线较吻合,从而证明了本模型的正确性与合理性。     

软岩巷道围岩非线性流变数学力学模型

基于大量的岩块流变试验，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，建立了非弹塑黏性元件组合模型的软岩(煤)非线性流变数学力学模型．在此基础上，进一步建立了软岩(煤层)巷道围岩非线性流变数学力学模型，并采用实验室三轴巷道围岩流变试验对该模型的有效性进行了验证．应用该模型计算的煤层巷道围岩受掘进影响期间的深部位移与现场实测结果非常吻合．     

干燥和饱水炭质板岩流变力学特性与模型研究

水是影响岩石流变力学性质的重要因素.采用分级加载方式,对兰渝铁路木寨岭二期隧道炭质板岩开展干燥与饱水状态下的单轴蠕变试验.结果表明:饱水岩样的蠕变量和蠕变速率远大于干燥岩样的相应值,相同应力水平下的蠕变应变可达到干燥岩样的3倍以上,进入稳定蠕变阶段也需要更长的时间.分析岩石的蠕变规律,通过在Burgers流变模型上串联一个非线性粘塑性体,提出改进的非线性损伤流变模型,推导其一维和三维蠕变方程.并对流变模型参数辨识方法进行改进,采用线性递减权重粒子群算法(PSO)和Levenberg-Marqud非线性最小二乘法相结合的方法对试验结果进行参数辨识,结果表明该模型能够很好地描述炭质板岩在不同应力水平下的蠕变特性.     

大岗山水电站坝区辉绿岩流变特性的三轴试验研究

为解决大岗山水电站坝基的辉绿岩的流变力学问题,利用RLW-1000三轴流变仪进行了不同应力路径下的三轴流变试验,得到了各工况下的应力-应变-时间曲线。结果表明：辉绿岩是典型的硬脆性岩石,存在明显的流变门槛值,破坏时表现为突发性的脆性破裂。在破裂应力水平下表现出减速蠕变、等速蠕变和加速蠕变,减速蠕变和加速蠕变历时都十分短暂。临近破裂时的横向蠕变速率均不同程度的大于轴向,这是导致岩石扩容的主要原因。由于流变过程中损伤不断发展,导致岩石整体强度下降,因此流变破坏强度普遍低于常规三轴压缩试验瞬时破坏强度。辉绿岩存在一定的蚀变现象,蚀变矿物呈细鳞片状集合体。由于蚀变带的存在,使得岩块的强度受到影响,岩石破裂极易发生在结晶程度较差的矿物颗粒部位或胶结程度较差的两种矿物接触部位。     

沥青砂非线性流变模型实验研究

构建一个描述粘塑性变形的组合体,引人非线性粘滞阻尼器,假定阻尼器所受应力与蠕变加速度成正比,在Burgers模型中串联该组合体,得到一个能够完整描述沥青砂三个蠕变过程的非线性流变模型,理论推导和分析了该模型蠕变本构方程。进行了沥青砂试件在40℃、不同应力水平下单轴压缩蠕变试验,编制非线性拟合程序求得该模型参数,并得到模型参数与加载应力的函数关系。为验证模型有效性,本文模型预测与Burgers模型预测及实验结果进行对比,结果表明,本文模型与实验结果吻合更好,完整反映了沥青砂三个蠕变阶段变形特征。     

沥青砂非线性流变模型实验研究1

构建一个描述粘塑性变形的组合体,引人非线性粘滞阻尼器,假定阻尼器所受应力与蠕变加速度成正比,在Burgers模型中串联该组合体,得到一个能够完整描述沥青砂三个蠕变过程的非线性流变模型,理论推导和分析了该模型蠕变本构方程.进行了沥青砂试件在40℃、不同应力水平下单轴压缩蠕变试验,编制非线性拟合程序求得该模型参数,并得到模型参数与加载应力的函数关系.为验证模型有效性,本文模型预测与Burgers模型预测及实验结果进行对比,结果表明,本文模型与实验结果吻合更好,完整反映了沥青砂三个蠕变阶段变形特征.     

岩石分数阶蠕变损伤本构模型研究

红层边坡蠕滑现象显著,岩石具有较强的蠕变特性。为了反映岩石蠕变全过程,基于岩石蠕变的阶段特征,通过弹性体、基于分数阶微积分的软体元件和黏塑性体来分别描述岩石蠕变的弹性应变、黏弹性应变和黏塑性应变。将损伤变量加入弹性体,引入SN元件改进分数阶软体元件,综合改进后的考虑时效损伤的弹性体和基于分数阶微积分的非定常黏滞体和黏塑性体,构建新的三元件蠕变损伤本构模型。采用RLW-2000三轴流变试验系统开展红层泥岩三轴压缩蠕变试验,再引用相关文献中盐岩和红砂岩典型蠕变数据,通过三种岩石蠕变曲线对该模型进行验证,证明所建模型的合理性和适用性。     

Creep testing and viscous behavior research on carbon constructional quality steel under high temperature

Creep tests under at a certain temperature and different stress levels were performed on two carbon constructional quality steels at a certain stress level and different temperatures,and their creep curves at high temperature were obtained based on analyzing the testing data.Taking 45 steel at a certain temperature and stress as the example,the integral creep constitutive equation and the differential stress-strain constitutive relationship were established based on the relevant rheological model,and the integral core function was also obtained.Simultaneously,the viscous coefficients denoting the viscous behavior in visco-plastic constitutive equation were determined by taking use of the creep testing data.Then the viscous coefficients of three carbon steels(20 steel,35 steel and 45 steel) were compared and analyzed.The results show that the viscosity is different due to different materials at the same temperature and stress.     

基于三维损伤流变理论下某调压井群围岩时效稳定性研究

拟建的某水电站调压井区域围岩岩性为石英云母片岩,勘探及室内试验发现其岩体属于片理构造发育明显的软岩,具有较典型的横观各向同性流变特征。由于区域地应力水平较高,工程施工期及运行期围岩流变现象可能显著影响岩体稳定性及衬砌结构特性。本文在全面反映区域地质构造、调压井结构形式及地应力场的基础上,建立了三维数值计算模型,同时考虑施工时序及支护衬砌措施,应用根据室内试验及现场监测资料建立的横观各向同性岩体粘弹塑性损伤本构模型,采用FLAC3D软件研究了调压井群施工期和运行期围岩稳定性及衬砌结构安全性。结果表明：施工开挖过程中围岩在流变效应的显著影响下,其变形量随时间有所增加,及时喷锚支护对围岩变形的限制作用显著,开挖完成后500d后围岩位移趋于收敛;开挖完成后围岩整体处于受压状态,施作二次衬砌有利于围岩应力场均匀化重新分布;运行期调压井衬砌变形量值增长速率随时间逐渐减小,其中2年内变形量约占长期（50年）变形量的54%,调压井围岩及衬砌结构运行1年后应力水平基本趋于稳定,运行期内调压井围岩应力水平变化幅度很小。     

Rheological constitutive model of rock mass based on viscoplastic theory

With many major projects under construction,more and more attention is paid to rheological mechanical properties of rock mass,and extensive researches are carried out for rheological constitutive modeling of rock mass.Based on viscoplastic theory,a new rheological constitutive model is proposed.The rationality and validity of proposed model are verified through the creep test data.The results show that the rheological constitutive model based on viscoplastic theory is able to simulate the typical creep curves of rock mass and the identified parameters are reasonable.Therefore,the rheological constitutive model could be used to describe the rheological mechanical behaviour of rock mass.     

锯齿状结构面剪切蠕变、松弛及长期强度研究

为对结构面的蠕变、松弛和长期强度进行综合分析,用水泥砂浆浇筑成不同角度的结构面试样,采用相同的分级加载方法,在岩石双轴流变试验机上对规则齿形结构面进行剪切蠕变试验和松弛试验.首先分析了蠕变特性与松弛特性的异同及蠕变和松弛过程中剪应力-位移曲线的差异,其次基于蠕变速率及蠕变与松弛关系,推导能够描述应力松弛的经验方程,最后分别基于蠕变试验和松弛试验确定结构面的长期强度,并对长期强度进行对比分析.研究结果表明:蠕变曲线与松弛曲线形态相似,变化趋势相反;蠕变变形量和应力松弛量都随结构面爬坡角的增大而增大;蠕变过程和松弛过程的剪应力-位移曲线显示两者的应力-应变路径不同,表明蠕变和松弛过程中能量变化不同,且由于不可逆功的存在,不能简单认为蠕变和松弛是等价的;本文提出的应力松弛方程,能够较好地描述松弛过程,但蠕变方程和松弛方程的拟合参数值相差约1个数量级;基于相同的机理,根据蠕变试验和松弛试验确定的结构面长期强度不同,相差约为9%,而且长期强度值与蠕变过程和松弛过程中剪应力-位移曲线的屈服强度比较接近.     

宁波软土流变试验及经验模型

为了研究宁波软土的流变特性及经验模型,进行一维固结流变试验和三轴排水流变试验,并采用西原模型拟合模型参数.试验对比分析表明,固结试验的侧限作用会阻碍试样流变的发展,应力-应变等时曲线偏向应力轴,而三轴流变试验试样的流变能够得到充分地发展,应力-应变等时曲线偏向应变轴,能够更好地体现软黏土的流变性状.将一维西原模型应力-应变关系扩展到三维,采用修正剑桥模型屈服函数描述材料的塑性屈服.推导荷载恒定时土样的轴向应变计算公式,根据三轴排水流变试验结果进行曲线拟合,确定西原模型参数.结果表明,该模型能够较好地符合宁波软土的流变规律.     

软土流变特性试验研究

根据室内三轴流变试验的结果,研究了北京地区粉质粘土的流变特性。结果表明,该类软土具有较明显的变形时效性及其在不同应力水平下的蠕变特性。通过分析蠕变曲线的规律,选择了广义开尔文五单元理论模型和时间硬化经验蠕变公式来描述软土的流变特性,并达到了良好的精度,建立了适合北京地区典型软土的流变理论模型和经验模型。