煤岩储气层岩石蠕变特性与本构模型研究

与一般煤岩相比,裂隙发育是煤岩储气层的主要物理特征,其结构较为软弱,在复杂地应力条件下易产生蠕变破坏,往往造成煤层气开采中钻井的破坏失稳。为探讨储气层煤岩钻井壁的蠕变失稳规律,采用美国RT R-1000型三轴岩石力学测试系统对储气层煤岩进行系统的单轴压缩试验。利用饱依丁-汤姆逊体与宾汉姆体,建立储气层煤岩蠕变模型,并通过拟合得到蠕变方程中的各个参数。根据储气层煤岩在不同载荷条件下的单轴压缩试验结果对蠕变模型进行验证。结果表明,所提出的储气层煤岩蠕变模型能很好地描述各蠕变阶段的变形特性,尤其是衰减阶段与稳定蠕变阶段,并能很好地反映蠕变的长期强度。同时,将煤岩蠕变特性与钻井方式相结合,提出煤层钻井液的优选思路,对保持煤岩钻井壁稳定、有效保护储集层以及高效安全建井等具有重要的实际意义。     

岩石蠕变本构关系及改进的西原正夫模型

通过对岩石的全应力－应变曲线和蠕变曲线的分析，将粘滞性体模型中的粘滞系数修正为非线性，提出了一种组合模型：H－（H‖N）-（M‖S t.V)(M为修正的牛顿体模型），能较好地反映岩石的非衰减蠕变特性。     

结构面的剪切蠕变特性及本构模型研究

岩体结构面的蠕变特性研究对解决岩石力学实际问题具有很重要的意义,结构面的蠕变力学性态往往控制着岩体的时效变形和长期强度,研究结构面的剪切蠕变特性是岩石流变学的一项重要内容。通过规则齿形结构面在不同法向应力条件下的剪切蠕变试验,研究了不同角度结构面的剪切蠕变特征,并根据蠕变试验结果,对结构面的剪切蠕变特性进行了描述,对结构面剪切蠕变试验过程中的蠕变速率特性进行了研究。研究表明,结构面在蠕变试验过程中,严格意义下的稳态蠕变是不存在的,常说的稳态蠕变实际上是蠕变速度随时间缓慢减小的近似稳态蠕变过程。最后,提出改进Burgers模型来描述蠕变的剪切蠕变特性,并讨论了改进的Burgers模型对于描述结构面剪切蠕变特性的适用性。     

软土蠕变本构模型研究综述

研究软土蠕变特性,掌握其应力-应变规律,对于解释软土工程时效力学行为及长期稳定和运营安全具有十分重要的研究意义和实用价值,本文对国内外软土蠕变本构模型的研究近展进行总结,对各类模型优缺点进行分析比较,对后续有待开展的研究工作进行展望.     

地壳岩石半脆性非均匀蠕变本构模型

通过对地壳温度和力条件下岩石半脆性蠕变实验结果的微宏观分析,本文建立了地壳岩石半脆性蠕变本构方程.依据这一本构关系和从实验中得到相应蠕变参数,进一步估计了石英岩、花岗岩和辉卡岩在地壳温度压力条件下的流变特性。     

基于细观力学的盐岩蠕变损伤本构模型研究

在对盐岩在蠕变试验中所表现的损伤特征认识基础上,利用对应性原理建立了基于细观力学的盐岩蠕变损伤本构模型。该模型能够体现考虑损伤和不考虑损伤的蠕变力学过程的巨大差别,应变率随着有效蠕变应力的增大而增大的特征,及在一定畸应力作用下随着静水压力的增大蠕变应变率变小的特征。     

绿片岩软弱结构面的剪切蠕变特性研究

 针对锦屏II级水电站引水隧洞超埋深、高地应力的特点,选取边坡和地下洞室围岩中含有绿片岩软弱结构面的灰白色大理岩为研究对象,对含有软弱结构面的大理岩试样进行分级加载剪切流变试验,并对试验结果进行分析,探讨软弱结构面的蠕变特性。通过对不同法向应力条件下岩体结构面的蠕变力学特性及其规律的研究,以及对结构面剪切蠕变试验过程中的蠕变速率特性进行分析,结果显示结构面的剪切蠕变试验曲线表现出明显的3个阶段。在此基础上选用改进的Burger模型对结构面蠕变试验结果进行拟和分析,并讨论改进的Burger模型对于描述结构面剪切蠕变特性的适用性。     

含瓦斯煤岩三维蠕变特性及蠕变模型研究

 研究含瓦斯煤岩的三维蠕变特性是理解煤与瓦斯突出孕育过程中瓦斯和煤岩相互作用关系的重要方面,而目前含瓦斯煤岩三维蠕变特性的研究很少,因此需要进一步深入研究含瓦斯煤岩的三维蠕变特性。基于这一认识,采用自行研制的含瓦斯煤岩蠕变实验装置,对取自重庆松藻煤矿的煤样进行含瓦斯煤岩三轴蠕变试验。研究结果表明,含瓦斯煤岩的三轴蠕变特性具有明显的蠕变规律。在含瓦斯煤岩三维蠕变特性的基础上,通过改进西原模型的参数,建立改进的西原模型,由此推导出含瓦斯煤岩三维应力状态下的蠕变方程,并通过拟合得到蠕变方程中的各个参数。利用含瓦斯煤岩的蠕变试验结果,对三维蠕变方程进行验证,发现理论结果与试验数据有着很好的一致性。研究结果表明,由改进的西原模型推导出的含瓦斯煤岩三维蠕变方程能真实反映含瓦斯煤岩的蠕变特性。     

绿片岩蠕变损伤本构关系研究

通过对绿片岩三轴蠕变试验数据的研究,分析绿片岩蠕变过程中衰减蠕变阶段、稳态蠕变阶段和加速蠕变阶段的各自特征,表明在蠕变加速阶段绿片岩的损伤在急剧增加。对于广义Bingham蠕变模型,在衰减和稳态蠕变阶段引入一非线性函数,在加速蠕变阶段引入损伤,建立绿片岩的蠕变损伤本构关系。通过岩石全自动流变伺服仪上得到的绿片岩流变数据来对新的蠕变损伤模型参数进行辩识,得到蠕变损伤模型的材料参数。蠕变损伤模型和试验结果相比较,发现该模型能够很好地描述蠕变曲线中初始的衰减蠕变阶段、稳态蠕变阶段和加速蠕变阶段,从而证明该模型的正确性和合理性。     

变参数蠕变损伤本构模型及其工程应用

 考虑岩体的流变损伤劣化效应,建立一个变参数的蠕变损伤本构模型,该模型将岩体流变力学参数看作是非定常的,认为岩体流变参数随时间逐渐弱化,从而直观反映材料的损伤劣化过程。推导该蠕变损伤本构模型的三维差分表达式,并通过C++与FISH编程对有限差分软件FLAC3D进行二次开发,实现本构模型的程序化。将该模型应用于大岗山水电站坝基边坡工程,基于现场压缩蠕变试验,反演坝区岩体的蠕变损伤参数,通过坝区边坡开挖三维蠕变损伤稳定性计算,获得对边坡开挖设计和施工具有指导意义的建议和结论。     

滑带土蠕变本构模型综述

滑坡蠕变的过程是缓慢、长期进行的,其变形机制受到滑带土蠕变特性的控制,而滑带土的变形特性具有明显的时间效应。因此,在研究滑带土应力应变关系时应当考虑时间因素。选取能够较好模拟滑带土蠕变特性的本构模型:经验模型、元件模型、基于内蕴时理论建立的模型、断裂损伤耦合模型,介绍了四类模型的发展历史、原理,分析了它们的优势、劣势以及国内外发展现状,并对其发展趋势进行了讨论。     

规则齿形结构面的蠕变特性试验研究

通过规则齿形结构面在双轴应力条件下的蠕变试验，对规则齿形结构面剪切蠕变特性进行了深入的研究，分析了规则齿形结构面蠕变的基本规律。在分析对比的基础上选取Burgers模型作为研究的重点来反映岩体的蠕变特性，通过数值分析计算出模型参数，模型曲线和试验数据得到了很好的拟合。     

基于位移反分析的围岩蠕变本构模型参数确定方法

针对隧道围岩蠕变参数难以确定的研究现状,在充分调研各类岩石蠕变本构方程的适用条件的基础上,选取适用于依托工程实际地质状况的蠕变本构方程.采用位移反分析的计算方法,根据现场调查所得隧道围岩监控量测数据进行参数反演,得到了典型断面所在围岩段的围岩蠕变本构方程,并进行了参数验证,结果显示计算模型所得围岩变形值与实测数据误差较...     

循环加卸载下煤的黏弹塑性蠕变本构关系研究

 基于岩石三轴循环加卸载蠕变试验,对试样的蠕变应变进行有效的黏弹塑性应变分离,根据试样的弹性蠕变特性和塑性蠕变特性分别建立相应的蠕变模型,继而得到岩石的黏弹塑性蠕变模型,该模型能较好地描述试样的衰减和稳态蠕变特性。为了能够较好地描述岩石加速蠕变特性,在塑性蠕变模型中引入损伤因素,建立相应的弹塑性损伤蠕变模型,对该模型参数进行敏感性分析,同时给出模型参数确定方法。所建模型黏弹塑性概念清晰,模型参数较少。对煤进行三轴循环加卸载蠕变试验,分析蠕变试验中煤样的弹塑性应变特性以及试样的稳态蠕变速率演化规律,用该黏弹塑性蠕变模型对煤样的三轴压缩蠕变试验结果进行拟合,结果表明,该模型能很好地描述循环加卸载路径下试样的弹塑性加载和弹性卸载蠕变特性。     

深部软岩大型三轴压缩流变试验及本构模型研究

 岩体三向应力状态下的三轴流变试验是真实反映工程岩体流变特性的重要手段。详细介绍泥岩现场大型真三轴蠕变试验过程、方法和试验成果,深入分析蠕变变形随时间的变化规律,提出泥岩非线性经验幂函数型蠕变模型及其参数,该模型真实地反映了深部软岩不同应力水平下的流变特征。研究结果表明,泥岩的蠕变速率不仅与时间密切相关,还与应力水平相关。研究成果可用于软岩工程巷道的长期变形预估和支护设计,对软岩巷道的支护优化设计具有重要的参考价值。     

基于土工格栅黏弹特性的加筋土本构模型研究

 将三参数黏弹性模型用于描述土工格栅在低应力水平下所表现出的蠕变特性,根据蠕变试验采用最优化方法确定有关模型参数,并证明三参数黏弹性模型能够较准确地反映土工格栅在低应力水平情况下的2个阶段衰减蠕变特性。然后,提出基于土工格栅黏弹特性的加筋土本构模型,得到土处于弹性和塑性阶段时加筋土的应力、应变计算公式。研究结果指出：加筋土中土工格栅应力与加筋土受力、格栅和土的特性、加筋层间距及时间有关;土体进入塑性状态后,土工格栅应力不变,主要表现出蠕变性,导致加筋土的应变随时间增加;随着时间的推移,土工格栅出现应力松弛,它与土体应力逐渐减小;土工格栅埋置于土中时的应力松弛量小于置于空气中的应力松弛量;加筋土塑性状态到达时间Tp受土工格栅的刚度系数E2、黏滞系数? 和土的内摩擦角? 的影响最大。     

岩石的封闭应力、蠕变和扩容及本构方程

以火成岩、变质岩和某些沉积岩的多种矿物和多晶体结构为基础,本文对岩石的变形特性做了微观流变分析,此外还考虑了砂岩类岩石的多颗粒结构.对岩石形成和构造运动的历史也做了适当的考虑. 文中给出并分析了宜昌砂岩的扭转蠕变试验结果,并介绍了一种新的试验方法:这种方法是对岩石样品施加一个阶梯状加载函数并量测其变形随时间的变化.采取这种方式,只需在一个样品上进行试验,就可以很容易地得出蠕变与应力及时间的函数关系.从一些典型的试验结果入手,就“封闭”应力的起源和形成提出了一种假说,并研究了内应变能的释放.论述了这些应力包裹体(Stress pockets)在实际中的重要性,并着重指出:“蠕变和封闭应力是岩石性状中的两个基本因素,在实践中必须仔细地加以研究. 在实验结果和物理推理的基础上,建立了本构方程;它们是Griggs的实验方程γ=a blogt ct的三维推广.在所建立的本构方程中,各材料参数都是应力不变量的标量函数.     

考虑塑性变形的岩石损伤本构模型初步研究

利用细观力学的Eshelby等效夹杂方法建立了考虑损伤和无损岩石塑性变形的Helmholtz自由比能函数，并用连续损伤介质力学方法推导出了考虑损伤和无损岩石塑性变形耦合的岩石弹塑性损伤本构关系，给出了损伤演化方程和塑性应变发展方程，该模型还反映了岩石损伤部分不能承受拉应力等力学特性。     

软岩及混凝土材料损伤型黏弹性动态本构模型研究

 根据软岩及混凝土材料在动载下的应力–应变曲线特点,并结合损伤体与黏壶所具有的特性,建立一种适合软岩及混凝土材料的损伤型黏弹性动态本构模型方程。该模型的建立是以朱王唐模型为基础,采用损伤体代替朱王唐模型中的弹性元件对现有损伤型朱王唐模型进行改进而建立的一种损伤型黏弹性动态本构模型方程。为说明该模型方程的合理性,采用建立的本构模型方程对分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统下实测的应力–应变曲线进行拟和,拟和曲线和实测曲线具有很好一致性,因此,该模型可为软岩及混凝土材料的动态本构关系的进一步研究及其工程应用提供一定的参考。     

土的负蠕变特性及其本构模型

蠕变是指有效应力不变的情况下,变形随时间的发展。土力学中,蠕变往往指压缩蠕变,如山区机场高填方工程中填方区的工后沉降。然而,高填方工程中有时还需要对山体进行大体积深开挖,以得到大面积的平整场地。开挖后,土体的膨胀变形不能在短时间内稳定,而是随时间继续发展。将这种随时间发展的膨胀变形定义为负蠕变,相对应地,将压缩蠕变定义为正蠕变。试验表明,正、负蠕变都有趋于稳定的趋势。因此可以假设,在e–lnp空间中,当时间足够长时,不论发生正蠕变还是负蠕变,土体都稳定在一条平行于正常压缩线的直线上,这条线为稳定线。在上述概念的基础上,提出了一个可以合理地描述土的负蠕变效应的一维计算公式,结合UH模型,建立了考虑负蠕变效应的UH模型。最后,将模型预测结果与三轴不排水剪切正负蠕变试验结果进行了对比,验证了模型的正确性。