参数非线性理论流变力学模型研究进展及存在的问题

 对现有的参数非线性理论流变力学模型及其建立的方法进行系统的总结,归纳出处理参数非线性理论流变模型的3种方式：(1) 给出非线性流变部分的本构方程,推导出整个流变模型的本构方程,并进一步推导出包括蠕变方程在内的流变模型的其他方程;(2) 给出非线性部分的本构方程,推导出该部分的蠕变方程,并与常参数部分的蠕变方程叠加得到整个流变模型的蠕变方程;(3) 给出非线性流变部分的蠕变方程,与常参数部分的蠕变方程叠加,得到整个流变模型的蠕变方程。这3种方式可以对今后的研究给予指导。指出一些参数非线性理论流变模型和建立方法所存在的问题甚至错误,以免在今后的研究工作中犯类似的错误。     

Shao-Zhu-Su岩石流变模型的快速显式积分算法及比较研究

 基于对Shao-Zhu-Su岩石力学流变模型及其数值算法的分析,发现传统积分算法在处理流变卷积方程时存在变量存储量大和计算效率低的缺点。运用数学变换和Taylor展开提出2种显式积分算法,即非线性显式积分算法(NEIA)和线性显式积分算法(LEIA)。通过蠕变和松弛数值试验对新算法进行验证和比较。提出的显式积分算法变量存储量较少,且避免与加载历史有关的累积求和运算,从而明显提高计算效率,使得此类内时流变模型更适合于大型岩体结构分析。需要指出的是,建议的数值积分方法也可用于其他积分型流变模型的数值处理。     

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。     

基于分数阶流变模型的饱和软土一维流变固结

在太沙基一维固结理论的基础上,引入分数阶导数Merchant流变模型来描述土体的变形特性,通过对微分型流变方程和一维固结方程进行Laplace变换,推导得到了Laplace变换域内饱和软黏土的一维流变固结方程,采用FlexPDE软件对方程进行求解,并通过Durbin反Laplace变换获得了平均固结度的时域解答。在此基础上,研究了分数阶导数流变模型的微积分阶数和流变模型参数对饱和软土一维流变固结特性的影响规律。计算结果表明:基于整数阶和基于分数阶导数流变模型的流变固结理论在固结前期基本相同,但在固结后期两者差异显著,基于分数阶导数流变模型的软黏土U_p要高于整数阶的情况,而U_s的规律则截然相反。此外,微分阶数β对两种定义的平均固结度均有较大影响,β越大,U_p越小而U_s就越大,软黏土的流变效应越显著。随着流变模型参数F的逐渐增大,同一时刻软黏土的U_p逐渐减小,而U_s则逐渐增大;随着参数β₁的逐渐增大,同一时刻软黏土的U_p和U_s均随之减小。     

砂岩流变损伤模型研究及其工程应用

描述岩石流变损伤常用的方法一般局限于加速流变阶段,并未考虑初始流变和稳态流变阶段的损伤,这与大量的试验研究结果相悖。为更好地描述岩石流变三阶段的损伤流变,基于室内试验结果与损伤理论,以Burgers模型、Mazars的损伤演化方程为基础,提出考虑流变全过程损伤的流变损伤本构模型,进行参数辨识,并验证所提出模型的合理性。在此基础上,采用FLAC3D软件,对苏州凤凰山隧道的围岩变形进行计算,对比分析现场监测数据和考虑损伤的流变模型及不考虑损伤的流变模型围岩的变形情况。结果表明,采用的流变损伤本构模型数值计算结果更加接近现场监测值,能够更好地反映洞室围岩的流变变形及损伤特性,因此考虑全过程损伤的流变模型是合理的。     

一种新型流变模型及其工程应用

在用流变模型对地基沉降进行计算时发现,当地基土为土岩组合体时,利用Burgers流变模型方程计算出的沉降与实测沉降值有一定差距。因此提出一种基于Hooke体的新型元件,对Burgers流变模型进行修正。修正后的流变模型方程计算的沉降值与实测值吻合度较高,并利用修正模型对镇江市堆山工程的地基沉降进行了预测。提出的新型流变元件具有一定的实用价值,可为类似的工程提供参考。     

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.     

热力耦合作用下岩石流变模型的本构研究

 高放废物深埋处置和深部采矿中,岩石在温度和应力长时间作用下表现出流变特性。对3种常用的流变元件：弹性元件、黏性元件和塑性元件进行讨论,对其在温度和应力作用的变形特性做了相应的假设,然后基于西原流变模型,得出热力耦合作用下西原模型的蠕变方程、卸载方程和松弛方程,当把温度影响因素去除,方程可退化为只受到载荷作用下西原模型的本构方程。通过这些本构关系可大致预测特定温度变化条件下岩石的流变破坏时间,并得出温度的变化会缩短岩石的流变破坏时间,温度变化率越大,岩石的破坏时间越短,分析认为其量级是相当的,即温度升高变化率每增加一个数量级,破坏时间就缩短一个数量级。这对研究深部岩石流变变形特性具有重要的指导意义。     

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。     

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。     

国贸立交桥桩基底部土体的试验流变特性

针对该地区桩基底部土体，研究提出了一套三轴蠕变试验方法，然后通过对试验数据进行分析，得知该地区土体具有一定的流变特性，并提出了土体的流变变形规律，为建立该地区土体的流变本构模型奠定了基础。     

结构钢高温流变模型及有限元方程

结构钢在高温下的蠕变不可忽略,推导高温流变本构方程和蠕变,在考虑应力、温度和时间作用下建立平面结构钢梁单元有限元方程,为钢结构的高温（抗火）分析提供合理的依据。     

降雨对流变介质的影响分析

以塑性力学、流变力学和渗流力学为理论依据,利用改进的粘弹塑性流变模型,分析岩土介质的力学特性。并通过自编的计算程序,对力学-流变-渗流进行数值计算,应用结果表明：改进的粘弹塑性流变模型能较好的描述岩土类材料的流变特性。     

大宁河特大拱桥桥址溶崩角砾岩力学特性研究

由于大跨径上承式拱桥在拱座处将产生巨大的水平推力,导致地基变形,而溶崩角砾岩岩质较软,对工程的稳定性有重要影响。以大宁河特大桥桥址处溶崩角砾岩为研究对象,通过系统的试验与理论研究,得到溶崩角砾岩抗压特性并提出溶崩角砾岩的流变力学模型,并将建立的流变力学模型所得的研究成果与试验成果进行对比分析,最后通过数值仿真对流变力学模型进行验证。本文研究成果为对我国建设中最长的上承式钢管拱桥———巫山大宁河大桥的长期稳定性分析及相关工程建设提供依据。     

动态荷载不同幅值作用下软土流变特性测试分析

理论分析和实际研究表明,动态荷载作用会加速软弱岩土的流变,导致更多的岩土工程事故和地质灾害。采集厦门海相沉积软土,采用人工制样方法,在动态三轴仪上测试了正弦荷载不同幅值作用下试样的动应力—应变、流变应变—时间关系等流变特性曲线,分析了不同动载幅值条件下试样各个加载阶段动态流变特性、流变速率与流变加速度等变化过程。研究结果表明:试样在动态荷载不同幅值作用过程中都表现出从减速流变、相对稳定流变到加速流变等阶段。当动载作用幅值在10~20 kPa低应力范围内时,动应变增长缓慢,表现出相对稳定的流变过程,而动载作用幅值超过40 kPa时,动应变增长迅速,进入加速流变阶段,直到试样破坏。研究结果对揭示动载作用下软弱岩土动态流变力学特性,对探索软弱岩土加速流变规律、岩土流变失稳的动力学条件等具有一定的理论和现实意义。     

Determination of Rheologic Characteristics of Frozen Soils and Beds by Relaxation Tests

Various methods of evaluating the rheologic properties of frozen soils are examined. Theoretical basis is given for relaxation methods of testing, means of processing experimental data, and analysis of test results.     

矿物掺和料对水泥浆体的流变性和相容性的影响

不同的矿物掺和料及其掺量,对水泥浆体的流变性及与外加剂的相容性有不同的影响.通过水泥浆体的扩展度和黏度2个指标来研究矿物掺和料对水泥浆体的流变性及与外加剂的相容性的影响.试验结果表明:在最佳掺量时,矿物掺和料对改善浆体流变性和相容性效果最好,且不同的矿物掺和料的最佳掺量区别较大.硅灰的最佳掺量为5%～10%;普通矿粉的最佳掺量为10%;2种超细矿粉和粉煤灰的最佳掺量为20%～30%.     

一种新的岩石流变模型

根据岩石加速蠕变阶段的力学特性,提出了一种非牛顿流体粘滞阻尼元件,将该阻尼元件与描述岩石减速蠕变和等速蠕变特性的传统模型结合,构成了新的综合流变力学模型,并应用于描述某大型水电工程坝区断层岩蠕变特性,效果良好。     

沉积软岩的三轴蠕变实验研究及分析评价

在常年恒温、恒湿的实验室中，在不同围压以及不同应力比条件下，对3种沉积软岩系统地进行了长期三轴蠕变压缩实验研究。对所获得的大量实验结果进行研讨后，运用粘弹性流变模型求得非破坏时各种软岩的蠕变系数，同时，用柔量可变模型模拟破坏时的蠕变行为。系统地把握了多种软岩在不同条件下的强度、变形特性，探讨了各种软岩的变形、变形速率、时间依存性等影响因素，为预测软弱岩体的长期力学稳定性提供了重要依据。     

粉煤灰/硅灰对新拌复合浆体多级絮凝结构的影响

在构建新拌浆体多级絮凝结构的基础上,应用回转粘度计测定掺加粉煤灰、硅灰的复合胶凝材料浆体的流变参数,得出在掺加超塑化剂的条件下,粉煤灰、硅灰在各掺量下的回滞圈面积大小不一,这是由于粉煤灰主要存在"滚珠"效应,解絮凝效应,减水剂消除效应;硅灰主要存在填充效应和减水剂消除效应。运用流变学与多级絮凝结构模型进行对其定性的解释。为解决掺加矿物掺合料的复合胶凝材料与PC超塑化剂的相容性问题提出相应的理论依据。