复合岩石的内时损伤本构关系

本文运用内时理论与损伤力学研究了复合岩石的内时损伤本构关系,并用实验进行了验证,结果与理论吻合很好。     

三轴压缩岩石损伤扩展细观机理及其本构模型

利用已研制成功的CT（Computerized Tomography）机专用三轴加载实验设备，完成了三轴压缩荷载作用下岩石损伤演化CT实时细观实验。确定了应力损伤阈值，对CT实验结果进行了定量分析。从工程应用出发，给出了峰前分段岩石损伤演化方程及本构关系。理论分析结果与实验结果较吻合。     

拉压全过程充填体损伤演化本构方程研究

为了解和掌握大体积充填体在大面积暴露情况下的弹塑性区域及拉、压应力状态分布情况,减少回采矿柱时产生的贫化损失,保证充填体柱的安全稳定,用本构模型建立的理论值对充填体破坏过程的实测值进行了拟舍．利用先进的MTS和INSTRON刚性伺服试验机系统对特大型采场原位取样的不同配比充填体进行了无侧限单轴抗压、劈裂拉伸强度试验,测得了所需的各种力学参数及拉、压应力-应变全过程曲线．实验结果表明：建立的充填体拉、压状态损伤演化方程和损伤本构模型能够较好的描述充填体的损伤演化性质和破坏过程,由本构模型建立的理论曲线与实测曲线拟舍得较好,理论值与实测值能够较好吻合．试验结论对预测充填体抗压、抗拉强度及破坏过程和对充填体抗压、抗拉损伤研究具有极为重要的现实意义,建立的损伤本构方程可以对同类矿山和相关行业的工程分析和设计提供一定的借鉴作用．     

复合岩石的微结构损伤破坏

在实验的基础上对构成层状煤系地层的岩石进行了损伤破坏过程的研究，提出了微结构损伤模型，建立了本构方程与损伤演化方程，分析了复合岩层的损伤破坏及稳定性     

冻融循环作用下岩石能量演化及损伤本构研究

针对冻融循环作用对岩石变形及强度影响等问题,研究冻融循环作用下岩石能量演化机制与本构模型,主要研究内容包括:冻融循环作用下岩石强度损伤特征,随着循环次数的增加,岩石抗压强度及弹性模量呈现指数函数降低,抗压强度、弹性模量的最大降低幅度分别为53.31%、36.33%;冻融循环作用下岩石能量演化机制,随着循环次数的增加,岩石总能量逐渐降低,岩石能量耗散速率整体呈现增大趋势,意味着冻融循环对岩石内部结构产生损伤;基于损伤等效原理与Weibull分布理论,建立岩石损伤本构模型,对比试验曲线得到损伤本构模型能够较好地描述岩石变形特征,为类似本构模型的建立提供了有益思路。     

基于Weibull分布的岩石损伤本构模型研究

利用连续损伤理论和统计强度理论，提出了模拟岩石破裂全过程的损伤本构关系，并在此基础上建立了完整的损伤统计本构模型，且在所建立的损伤统计本构模型的四个基本方程中，引入岩石应力应变全过程曲线特征参量，并考虑岩石应力应变全过程曲线的几何条件，解决了传统方法求解本构方程中参数的难点，同时提高了精度．通过与砂岩试件三轴压缩试验实测结果对比，证明模型可以很好地反映岩石的应力-应变关系．图2，参7．     

考虑温度损伤的复合岩石本构关系研究

:为研究岩石在温度作用后的物理特性、力学性质及损伤变化,对 复 合 岩 石 试 样 进 行 温 度 处 理,设 置 常 温、６０℃、０℃、１２０℃、１５０℃、１８０℃ ６个温度梯度,对温度作用后的复合岩石进行单轴压缩试验.使用 Weibull分布函数建立温度作用后复合岩石的统计损伤本构模型,以文献理论曲线和单 轴 压 缩 结 果 加 以 验 证,基 于 数 字 图 像 相 关 法 (DigitalImageCorrelation,DIC)建立本构模型,改进后的本构模型对岩石峰后阶段破坏特征的描述更加准确.所建立的温度作用后复合岩石损伤模型理论曲线与文献理论曲线较为吻合,模型曲线 与 单 轴 试 验 结 果 表 现 出 较 高 的 相 似 度,使 用DIC改进的本构模型可以较好地表征复合岩石各破坏阶段     

不同含水率下白云岩损伤本构关系研究

通过对干燥和不同浸水状态下白云岩进行常规单轴压缩试验,得到了岩石应力—应变曲线和抗压强度、弹性模量、泊松比等参数随浸水时间及含水率的变化规律;通过定义浸水时间为损伤变量,分析了该变量随抗压强度和弹性模量的变化情况,将变化规律代入本构关系中,获得了以浸水时间为变量的本构关系。研究表明:1)将由本构关系绘出的应力—应变曲线与实际曲线对比,结果表明大多数与实际情况吻合较好,模型能够充分反映不同浸水时间下的白云岩损伤过程,此种情况下,Weibull分布参数m决定了本构模型理论曲线的形状;2)建立了考虑峰值强度随着浸水时间变化的岩石损伤统计本构模型,由模型应力—应变曲线可知,εc取值为定值时,Weibull分布参数m值随着浸水时间的增加出现先减小后变大的趋势,浸水条件下的参数m值始终小于干燥条件下的,此种情况下m不能决定本构模型理论曲线的形状。     

岩石弹塑性损伤耦合本构模型

在不可逆热力学框架内，推导了岩石材料弹性生损伤耦合的本构模型，该模型的参数均可由通常应力－应变关系曲线确定。     

煤岩单轴加载统计损伤本构模型

为了研究煤岩单轴加载过程中的损伤演化规律,对煤岩进行了单轴加载实验,得到了煤岩的应力应变曲线、环向-轴向应变曲线。实验结果表明,煤岩加载过程中环向应变速率随着轴向应变的增加呈现出非线性增加的规律,并在煤岩加载进入软化阶段后达到最大值,它在宏观上反映了煤岩内部裂纹的产生与发展,并与煤岩的损伤演化规律相符。故定义损伤变量为裂纹体积的函数,并假设裂纹体积的增加符合威布尔统计规律,构建了煤岩统计损伤本构模型,通过与实验结果对比,验证了该模型的正确性。     

用BP网络识别岩土材料本构关系的研究

探讨了应用BP网络识别岩土材料本构关系的可行性,用BP网络的最大误差学习算法对岩土材料本构关系进行了自适应辨别。研究表明,BP有充分体现岩土材料的非线性关系,具有较高的求解能力。     

岩石损伤统计本构模型及其参数确定的研究

利用连续损伤理论和统计强度理论,建立了完整模拟岩石破裂全过程的损伤统计本构模型。在所建立的损伤统计本构模型的基本方程中,引入岩石应力应变全过程曲线特征参量,并考虑岩石应力应变全过程曲线的几何条件,解决了传统方法求解本构方程中参数的难点,同时提高了精度。基于取自某边坡工程的砂岩所进行的三轴压缩试验实测结果,对所建立的岩石损伤统计本构模型进行了验证,验证了所建的模型是合理的。     

岩石声发射振铃累计计数与损伤本构模型的耦合关系探究

为探讨岩石不同破坏模式下声发射特征及其参数与应力、应变、损伤变量之间的关系,通过RMT-150C型测试系统及SAEU2S声发射系统对砂岩、变粒岩、花岗岩和石灰岩4类岩石单轴压缩下声发射特征进行实验研究。研究表明:在峰值应力之前,脆性破坏、脆-延性破坏模式的岩石声发射振铃累计计数均有剧烈增加的现象,延性破坏模式的岩石声发射振铃累计计数则是先激增而后有一段"平静期",可作为岩石即将进入破坏阶段的前兆信息。以时间为中间变量,建立了脆性破坏、脆-延性破坏及延性破坏模式下岩石声发射振铃累计计数与应变的关系模型;基于威布尔分布岩石损伤本构模型,进一步推导出声发射振铃累计计数与损伤变量、应力的耦合关系。经实测数据与所建模型对比验证,延性破坏、脆性破坏模式本构模型精度较高,可为岩石损伤评估提供依据。     

高应力区岩石统计损伤本构模型及能量耗散研究

为了反映高应力区岩石变形破坏全过程,通过引入双参数抛物线型Mohr强度准则,建立适用于高应力区岩体的微元强度度量方式,并假定由该度量方式得到的微元强度服从幂函数概率密度分布,结合连续损伤理论,考虑损伤变量修正,建立一个新的适用于高应力区岩体的统计损伤本构模型。以高应力区英安岩为验证对象,进行常规三轴压缩试验,依据岩石应力-应变曲线特征,给出模型参数确定方法。引用基于线性Mohr强度准则而建适用于浅部低应力水平岩石的相关统计损伤模型,利用该模型和本文所建模型对英安岩试验数据进行验证,对比试验曲线和理论曲线,证明本文所建模型的可行性。分析高应力区岩石的损伤累积和能量耗散,从能量的角度证明损伤修正系数的正确性,分析岩石变形破坏过程中的能量变化规律,体现本文所建模型的合理性。     

不同围压下混凝土受压弹塑性损伤本构模型的研究

在ＭＴＳ公司８１５０２型电液伺服系统上，完成了围压由０～４０ＭＰａ范围内混凝土受压试验，发现随着围压的增大，应力应变全曲线的峰值应力与峰值应变均有所提高，但弹性模量基本不变在此基础上，根据等效应变假定和内变量理论，建立了考虑不可逆应变影响的弹塑性损伤本构模型只要计及峰值应力和峰值应变的变化，该模型可以统一地描述不同围压下混凝土的力学性能     

等效弹塑性岩体本构关系数值计算与试验分析

在工程范围内,复合岩体可视为各向同性的均质岩石单元,从而可运用等效本构论理和弹塑性理论导出复合岩体等效弹塑性本构关系的计算方程。将本构方程计算结果与单轴抗压强度试验进行对比,表明二者是较为吻合的,因而验证了所导出的本构关系的合理性和有效性。     

采动裂隙场条件下损伤煤岩体本构方程初步研究

应用损伤力学、材料力学、采动岩体力学以及传质学原理等,推导了二维平面及三维空间采动裂隙场条件下损伤煤岩体的本构方程,揭示了各种应力及其变化与损伤煤岩体的关系,为研究煤岩瓦斯耦合提供参考。     

超高水充填材料侧限压缩应力应变本构关系研究

开展超高水充填材料应力应变关系研究对准确了解充填体与围岩相互作用关系,选取合理的采煤工作面采空区充填体强度和材料配比具有重要意义。根据不同经典理论模型的本构关系特征,结合常用的3种水灰比超高水充填材料在侧限压缩条件下的应力应变曲线,获得了材料变形过程信息。基于Poyting-Thomson模型,引入损伤变量,构建出可描述超高水充填材料应力应变关系的M|D|H理论模型,并给出了理论模型的解析解,对试验全过程曲线进行辨识,确定了模型中的相关参数,实现了对超高水充填材料变形过程的理论描述。结果表明:改进的Poyting-Thomson模型(M|D|H模型)理论值与试验结果吻合较好,能够有效描述侧限压缩条件下超高水充填材料从弹性变形到应变软化再到应变硬化的整体变形特征。