不同饱水强度灰岩应变特性及劣化损伤本构模型研究

为研究饱水强度作用下灰岩的物理力学特性,对不同饱水强度的灰岩试样进行单轴压缩试验,分析其典型的应力-应变特征,并基于损伤力学理论建立损伤本构模型。结果表明,饱水强度加剧了灰岩的软化效应,高强度饱水灰岩的压密阶段相对延长,而弹性变形阶段相对缩短;随着饱水强度的增加,灰岩峰值强度呈线性降低,但饱水作用未对灰岩的破坏类型造成较大影响,仍以剪切破坏为主;损伤本构模型曲线和试验曲线高度吻合,说明建立的损伤本构模型是可靠的;随着饱水强度的增加,灰岩脆性和强度弱化,参数m和F₀分别呈二次函数和三次函数降低。     

奥陶系灰岩卸荷力学特性试验研究

摘要岩石在卸荷状态下的力学特性与其在加载状态下有着明显区别,对奥陶系灰岩进行了常规三轴与卸荷三轴的对比试验分析。试验结果表明,卸荷状态下岩石的变形以侧向变形为主,且扩容显著;卸荷状态下岩样没有出现明显的塑性阶段,峰后出现了明显的应力跌落,表明灰岩的脆性特征在卸荷状态下相对明显。相对于加载,卸荷岩石的黏聚力c和内摩擦角φ均有所减小;卸荷状态下峰值抗压强度和残余抗压强度明显减小,并且随围压增加其减小的幅度也减小。     

冻结黄土三轴蠕变特性

通过不同温度作用下冻结黄土的蠕变试验,得到了轴向应变、体应变随时间的变化关系。结果表明:当应力水平较低时,冻结黄土发生衰减型蠕变,轴向应变速率随时间延长逐渐降低,体积表现为体缩,体应变与时间大致呈线性关系,径向应变速率在零附近波动,最终趋于零;当应力水平较高时,冻结黄土发生非衰减型蠕变,轴向应变速率随时间延长呈U形曲线变化。各个蠕变阶段轴向应变速率的大小和所占时间的长短与应力水平相关,体积表现为体胀,在蠕变非稳定和稳定阶段,体积随时间延长呈线性膨胀,进入加速阶段后,体积随时间延长加速膨胀,体应变随轴向应变线性增大;径向应变速率在蠕变前两个阶段数值较小,数值在负值处动态波动,进入加速蠕变阶段后,径向应变速率加速增大,试样鼓曲破坏。最后,从蠕变速率的角度提出用蠕变速率法确定长期强度。     

分级加载下加筋边坡离心模型试验数值模拟

针对西南地区某机场加筋边坡的离心模型试验,建立与离心试验尺寸一致的有限元数值模型,并采用考虑时间因素的Cvisc蠕变模型与M-C模型,模拟分级加载过程中离心模型的位移、土压力、筋材拉力随时间的发展和分布情况,并与离心模型试验结果进行比较.采用Cvisc模型研究了不同筋材长度,以及不同部位的筋材加密和筋材模量增加对加筋边...     

冻融循环条件下淤泥黏土力学特性试验研究

为研究冻结温度及冻融循环次数对冻结作用下黏土强度的影响,对福州富水地层黏土进行不同温度和不同冻融循环次数下的力学试验,研究其单轴瞬时抗压强度及蠕变规律.结果 表明,随着冻结温度的降低,冻土单轴抗压强度逐渐增大,增加幅度逐渐减小,最大达6.56 MPa;随着冻融循环次数的增加,冻土单轴抗压强度逐渐减小,且减少幅度也逐渐减...     

分级加载下大理岩的流变特性试验研究

洞室、边坡等工程中,岩体结构受到的荷载,一般是逐渐加上的,研究在这种条件下,岩石的流变特性十分重要。本课题应用实验的手段,研究了大理岩分级加载下的流变特性,结果表明:在统一的岩石流变全过程模型中,E_1、E_2、K_1,K_2、H,等流变参数一定程度地受到应力状态的影响,长期强度σf表示出离散的特性,流变状态强度参数c、tg(?)值约为快速加载下的75～92％。     

三轴压缩条件下灰岩力学特性试验及力学模型研究

以重庆武隆地区二叠系灰岩作为研究对象,通过三轴试验对该地区的灰岩屈服强度、峰值强度、残余强度与围压的关系进行了探讨。根据塑性力学的相关理论,将灰岩0～15MPa围压下的应力-应变曲线划分了孔隙压密、弹性、屈服、软化以及流塑5个变形阶段,提出了灰岩各阶段的力学模型。并且特别讨论了灰岩力学模型屈服和软化2个代表性阶段。在屈服阶段,利用主应变作为重要参数,结合Mises和Mohr-Coulomb屈服准则,建立了屈服阶段的非线性本构方程;在软化阶段,根据Mohr-Coulomb屈服准则和塑性软化理论,推导出了软化阶段的本构方程。结果表明,所建立的本构方程和试验结果相吻合,具有较高的准确性和实用性,可为类似的边坡稳定性研究提供重要的参考价值。     

黄土坡滑坡滑带土的蠕变特性研究

 为了研究黄土坡滑坡滑带土的蠕变特性和长期强度,进行了室内流变试验。试验表明,滑带土具有较强的流变特性。基于非线性Boltzmann迭加原理处理的蠕变曲线簇具有很好的相似性。并根据蠕变试验成果,建立了反映滑带土蠕变特性的Burgers蠕变模型,进行了定常Burgers蠕变模型的参数辨识。最后,比较了滑带土的长期强度包线与峰值强度包线,结果表明,长期强度要比相应的应力状态下的峰值强度减少30%左右。     

含水砂岩三轴蠕变力学特性试验研究

巷道顶板在水的作用下具有较强的蠕滑特性,对矿井开挖与生产造成巨大威胁。采用YSJ-01-00岩石三轴流变试验机开展巷道顶板砂岩三轴压缩蠕变试验,研究砂岩在不同含水条件下的蠕变力学特性。试验结果表明:①随着饱水时间的增长和应力水平的提高,瞬时应变和蠕变量都呈递增趋势;②随着含水状态的增强,初始蠕变速率和稳态蠕变速率都逐渐增大,稳态蠕变速率与应力水平呈幂函数关系;③对比分析2种不同的长期强度求取方法,天然状态、饱水1 d和饱水5 d条件下砂岩的长期强度分别为其瞬时强度的64.12%,62.08%,59.34%,砂岩在水的作用下长期强度衰减加剧。     

分级加载下炭质板岩蠕变特性的试验研究

蠕变特性是岩石类材料的重要力学性质之一,与岩石工程的长期稳定和安全密切相关。为了解炭质板岩的蠕变特性,采用RLW-1000岩石流变试验机进行了单轴压缩蠕变试验。选用广义Kelvin模型、Burgers模型及FC元件组合模型进行了参数拟合分析。分析表明:板岩在低应力水平下,FC元件组合模型拟合效果较好,而在高应力水平下Burgers模型拟合结果优于其余2种模型。总体来讲,不论应力水平的高低,Burgers模型能够较好地反映炭质板岩的蠕变特性。同时,对不同应力水平下的蠕变曲线进行参数拟合,发现黏滞系数在较低应力水平下随时间而增大,而在较高加载应力下随时间显著减小,表现为应力水平和时间的函数,研究成果可为进一步了解该岩石的蠕变特性提供模型参数和设计依据。     

砂岩分级加卸载蠕变特性试验研究

为了研究砂岩的蠕变力学特性,采用RLW-2000型流变试验机进行三轴分级加卸载蠕变试验。通过黏弹塑性应变分离的方法,得到砂岩在不同偏应力水平下的瞬时弹性、瞬时塑性、黏弹性和黏塑性应变,并对黏弹塑性应变及弹性模量的变化规律进行探讨。试验结果表明:岩石蠕变为黏弹塑性变形过程,加载过程中表现有瞬时变形、衰减蠕变阶段和稳定蠕变阶段,卸载过程中表现出瞬时及滞后变形恢复现象;岩石初始蠕变速率与稳态蠕变速率比较可达2个数量级的差异,均随偏应力水平的提升而递增;岩石等时偏应力-应变关系表现出明显的非线性特征,曲线逐渐偏于应变轴,岩石蠕变变形同时具有线性和非线性特征。研究成果可为地下工程的长期稳定性研究提供一定参考。     

分级加卸载下砂岩蠕变试验及模型研究

采用分级加卸载方式,利用五联流变实验系统对陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司砂岩进行单轴蠕变试验。针对岩石蠕变的衰减、稳定和加速三阶段特征,将Burgers模型中串联的牛顿体的黏滞系数修正为与应力、时间相关的函数,考虑损伤在蠕变过程中的影响,基于损伤理论和Lemaitre应变等价性假说,建立损伤体模型。将Hooke体、Kelvin模型、修正牛顿体和损伤体四者串联组成一个新的非线性损伤蠕变模型,推导新模型的本构方程和蠕变方程,该模型以一个统一的函数描述岩石在不同应力水平下的蠕变曲线。基于单轴蠕变试验结果,对模型参数进行辨识和敏感性分析,将新模型与试验蠕变曲线对比。结果表明:模型能很好地拟合岩石蠕变,模型无须采用分段函数即可描述砂岩蠕变的全过程,弥补了Burgers模型无法描述加速蠕变的不足,从而验证新模型的合理性。     

紫红色泥岩三轴蠕变力学特性试验研究

为揭示泥岩在不同应力环境下的蠕变力学特性,对取自某在建工程的紫红色泥岩分别进行围压为0.5,1.0,2.0,5.0 MPa的分级加载蠕变试验。试验研究表明围压越大,泥岩的强度越大,塑性变形能力越强,流变特性越显著;相同围压下,稳态蠕变速率随偏应力呈幂指数函数型增长;相同偏应力下,稳态蠕变速率随围压升高而降低;利用等时应力-应变曲线法,得到泥岩的长期强度分别为11,16,22.5,29 MPa,均较各自围压下短期强度值降低40%~45%;通过摩尔强度准则得到的长期内聚力和内摩擦角分别为3.09 MPa和34.8°,分别较短期参数降低20.6%和25.9%。根据研究成果给出了一种带应变触发的分数阶蠕变本构模型,理论曲线与试验曲线拟合度良好,能较好地模拟泥岩的蠕变全过程。     

考虑加速蠕变的深井巷道粉砂岩非线性黏弹塑性蠕变模型研究

围岩流变特性是影响巷道工程安全性和稳定性的关键因素之一,本构模型的研究是岩石流变力学理论研究中最基本最重要的组成部分,同时也是将试验研究成果应用于实际工程的必要环节。综合采用试验研究、理论分析和数值试验模拟分析等研究方法,对淮南矿业集团朱集煤矿千米深井巷道粉砂岩的流变力学特性和本构方程的构建进行了分析研究。在参考大量相关理论和试验资料的基础上,提出改进的与应力以及时间有关的指数函数形式的非线性黏塑性元件,将之与Burgers蠕变模型串联形成能够模拟岩石三阶段蠕变特性的六元件组合模型。对朱集煤矿深井巷道粉砂岩进行高围压状态下三轴蠕变试验,获得了不同应力水平下的蠕变曲线,依据测得的轴向蠕变曲线对所提出的六元件蠕变模型进行参数辨识,验证了模型的合理性。     

石英砂岩蠕变力学特性及长期强度研究

通过三轴压缩蠕变试验,分别以过渡蠕变法、等时应力-应变曲线法、稳态蠕变速率与应力关系法、残余应变法以及强度与破坏时间关系法研究石英砂岩的长期强度.结果表明,对于石英砂岩的长期强度,前4种方法得到的结果大体一致;过渡蠕变法、残余应变法只能根据应力梯度得到长期强度临界值,等时应力-应变曲线法取拐点的过程具有一定主观和随意性...     

考虑温度效应的冻结黏土内变量蠕变模型分析

在冻结法施工中掌握冻土的蠕变特性对工程的安全评价至关重要。采用山西某矿井深部黏土,在负温条件下进行原状土单轴压缩试验与分级加载蠕变试验,研究冻结黏土破坏时的形态、一系列温度下的单轴抗压强度与蠕变曲线的形式。试验得出单轴抗压强度随温度降低呈线性变化,同一加载应力下的蠕变值随着温度的降低而减小。引入内变量理论并将应变作为内变量来描述冻土的蠕变特性,分析蠕变与蠕变率取对数的拟合曲线发现两者具有线性关系,进而建立只与温度和加载系数有关的内变量蠕变模型,模型参数可通过拟合曲线确定。将蠕变的计算值与试验结果对比,发现该模型可以较好地反映冻结黏土的蠕变,且模型参数少,便于工程应用。