岩石疲劳应力等效化及非线性疲劳变形本构模型

传统的岩石疲劳本构模型对循环加卸载次数敏感性方面存在明显不足,无法准确描述残余变形与疲劳损伤进程的关系。在蠕变与疲劳试验基础上,通过对岩石蠕变和疲劳的时间(循环次数)与变形归一化,分析验证了两者间存在某种"同源性"。运用流变理论描述疲劳荷载下岩石变形全过程,基于等寿命Gerber曲线方程与Goodman直线方程,提出了通过疲劳寿命与应力关系的方式,定义了一种新的疲劳应力等效方法。用村山黏弹塑性体替换Kelvin黏弹性体,并加入开关函数和岩石完整度参数对Bingham黏塑性体进行改造,建立了一种新的7参数岩石非线性疲劳变形本构模型。该模型能较好地表征疲劳荷载下岩石减速、等速和加速疲劳变形的全过程,其加速疲劳变形段的完整度参数随着循环次数N增加而减小,能够体现疲劳损伤对加卸载次数因素的敏感性。     

改进的岩石节理弹性非线性法向变形本构模型研究

回顾了已有的几类岩石节理法向变形本构模型,指出以往模型在中应力水平条件下模拟结果与试验结果发生偏离的现象。针对这一问题,引入"半值节理最大闭合量应力"σ1/2概念,着重论述了传统的BB模型与经典指数模型本身所固有的数学缺陷。随后,以Malama和Kulatilake(2003)提出的统一指数模型为例,进一步阐明模型改进的必要性,同时分析了该模型因采用对σn/σ1/2项添加幂函数n的修正方式而丢失节理法向初始刚度Kni的物理意义这一不足之处。基于上述研究,根据前人试验数据分析建立单调加载条件下岩石节理法向应力–位移关系曲线的控制微分方程,定义拟节理最大允许闭合量Dmax=ξdmax的概念,提出一种新的三参数本构模型--改进的岩石节理弹性非线性法向变形本构关系,并在数学上严格证明了BB模型与经典指数模型是新模型的两个特例。新模型克服了前述模型数学上的缺陷,弥补了以往模型模拟结果与试验结果发生偏离的不足,且没有因新参数ξ的添加丢失Kni的物理意义。最后采用新模型对他人试验结果进行预测,建议了修正参数ξ的确定方法。模型预测结果与试验结果吻合良好,进而验证了本文模型的可行性。     

混凝土弹塑性耦合疲劳本构模型

考虑到混凝土具有弹塑性耦合的性质，本文运用弹塑性理论在应变空间建立了一个能描述混凝土和刚度变化的塑性面，通过改变屈服阈值来分析混凝土在疲劳加载下的本构特征。计算结果表明，该模型能较好的描述混凝土在单轴及多轴单调加载和疲劳加载下的性质。     

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。     

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。     

循环荷载作用下岩石疲劳本构模型初探

为研究循环荷载作用下岩石的疲劳本构模型,提出了3个疲劳基本元件:弹性疲劳元件(HF)、黏性疲劳元件(NF)和塑性疲劳元件(YF)。通过疲劳基本元件的组合建立了稳定疲劳模型(广义开尔文与伯格斯疲劳模型)与不稳定疲劳模型(非线性黏弹塑性疲劳模型);当且仅当n1时,非线性黏弹塑性疲劳模型才可完整模拟岩石的减速疲劳、等速疲劳和加速疲劳3个阶段。研究结果表明:非线性黏弹塑性疲劳模型可较好的模拟岩石的疲劳变形规律;若疲劳变形规律具有明显的减速、等速及加速阶段,则加速疲劳参数n将随岩石单轴抗压强度增大而减小。根据研究结果提出用临界应力比而非临界应力设计疲劳试验的参数,可能更为合理。     

基于广义非线性强度理论的土的应力路径本构模型

复杂应力状态在自然界和工程中普遍存在,材料在复杂应力状态下的变形和强度特性是一个基本问题.基于各国学者已取得的多种材料的强度试验结果,系统研究了各种材料强度的基本特性,提出了广义非线性强度理论,并给出变换应力的应用方法.研究土在复杂加载条件下的变形问题时,提出土在充分接近的两条加载应力路径下所产生的变形基本相等的观点,以此为基础建立了土的应力路径本构模型,通过定义一个新的加卸载准则将模型扩展用于循环加载条件,发现模型可较合理地模拟试验结果.     

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.     

混凝土的三维本构关系

基于材料的各向同性理论，根据应力-应变增量关系，建立了一个混凝土的三维本构关系模型。采用了目前较为成熟的Ottosen的破坏准则，利用了Sargin的单轴应力-应变关系，并在三维增量非线性关系中引入等效单轴切线模量，所用的模型中的参数是根据前人的经验和实验来取定的，通过对混凝土的各向受拉，受压和拉压结合的分析表明，所建立的模型较为简单，实用。     

混凝土疲劳特性与疲劳损伤后等效单轴本构关系

探讨了混凝土材料的疲劳损伤特性与损伤混凝土本构行为模拟的简化手段．以系统的普通混凝土单轴、双轴与三轴疲劳试验结果为基础,在我国《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）给出的单轴混凝土本构关系中引入损伤变量,建立了混凝土的等效单轴疲劳损伤本构关系．对试验结果的模拟分析表明,所建立的模型能有效模拟混凝土在高周疲劳过程中的强度和刚度衰减规律,为疲劳荷载作用下钢筋混凝土结构的承载力计算与剩余寿命评估提供了便利的手段．     

简析混凝土非线性分析中的本构关系

对混凝土非线性分析中本构关系的研究现状作了介绍与评述,并对线弹性类、非线弹性类及基于弹塑性理论的混凝土模型进行了分析,最后对其今后的发展趋势进行了展望,为其进一步的研究分析奠定了基础。     

粘弹性有限变形本构模型

从一种高聚物出发,对粘弹性有限变形本构关系进行研究和探讨,利用这种新的本构关系在理论上计算一种高聚物材料的有限变形,并通过对比分析模拟计算结果与以往结论,展示了研究粘弹性材料有限变形本构理论的新方法。     

修正邓肯模型及在面板堆石坝应力与变形分析中的应用

堆石料本构模型的选择对于合理预测堆石坝在施工和蓄水加载中的应力与变形性状是非常关键的,堆石坝的蓄水加载,导致单元应力状态发生改变,试验研究表明此路径堆石体的变形模量与施工加载路径下显著不同,简便而实用的邓肯模型能够反应土体的主要性质,并通过引入加载函数的加卸载准则来反映堆石体经历蓄水后刚度增加的模式,计算表明,该计算模式往往得到较大的变位,当卸载时直接采用卸载弹性模量,再加载时采用过渡的模式,并考虑加卸载对体积模量的影响,将此修正的邓肯模型用于板堆石坝的三维静力计算中,计算得到的面板的变形和应力结果相对较为合理。     

混凝土多轴非线性本构模型的研究

通过大量试验,测得了混凝土在单轴应力状态及在5种不同应力比下的双轴应力状态的应力-应变关系.论述了Jones-Nelson-Morgan模型的构成原理及其参数的确定方法,首次将这个模型,用于混凝土材料的本构关系分析,结合混凝土的单轴试验结果,建立了混凝土的非线性本构模型,该模型的特点是材料的力学性能只为应变能的函数,使材料模型可以方便地应用于复杂应力状态.利用广义虎克定律,将模型推广应用于混凝土双轴应力状态的本构关系分析,获得了与试验结果符合较好的理论模型.     

高湿度Q2黄土的非线性流变本构模型及参数

为满足逆作法施工的宝鸡火车站地下商场工程设计与施工分析的需要 ,本文根据土的非线性流变理论 ,通过对工程所在场地土的室内单轴和三轴流变试验 ,建立了高湿度 Q2 黄土的非线性流变本构模型 ,并确定了相应的模型参数     

混凝土在多维应力状态下的损伤本构模型

已有的混凝土平面应力有限元分析均是利用单轴应力-应变本构关系,其中经验系数的选取带有相当的主观色彩,因此十分有必要建立混凝土在多轴应力特别是二维应力状态下的本构关系并直接应用于非线性分析.基于连续损伤力学的理论框架,作者建立了理论上较为完备、应用较为简单的确定性混凝土拉剪弹塑性损伤本构模型.模型数值模拟和已有试验结果的对比表明,本文建议模型能够很好的描述双轴应力条件下混凝土材料的弹性区域包络线以及强度包络线,同时应力-应变全过程结果和Kupfer (Kupfer et al.1969)的试验结果吻合良好,能够很好的模拟混凝土双轴受压强度的提高和双轴拉压应力状态下的"拉压软化效应",这对混凝土结构的非线性分析是非常重要的.     

原状黄土的非线性弹性损伤本构模型

随着黄土地区工程的逐渐增多,对黄土力学本构关系的研究十分必要.通过原状黄土的三轴压缩变形试验,研究应力-应变和应变-体变曲线的变化特征,初步分析原状黄土的损伤机制,在此基础上建立了能描述原状黄土变形特性的本构关系,并通过试验验证了其合理性.     

原状黄土的非线性弹性损伤本构模型

随着黄土地区工程的逐渐增多,对黄土力学本构关系的研究十分必要.通过原状黄土的三轴压缩变形试验,研究应力-应变和应变-体变曲线的变化特征,初步分析原状黄土的损伤机制,在此基础上建立了能描述原状黄土变形特性的本构关系,并通过试验验证了其合理性.     

循环荷载作用下花岗岩疲劳力学性质及其本构模型

 循环荷载作用下岩石力学性质研究对完善岩石力学基本理论和指导相关工程建设具有重要意义。通过花岗岩三轴循环荷载试验,系统研究花岗岩疲劳力学特性,提出花岗岩疲劳力学模型。研究结果表明：(1) 岩石残余应变和变形模量与循环次数之间关系与岩石体积变形状态相关;(2) 在应力–应变全空间内,花岗岩疲劳性质分为3个区域,不同区域内微观机制不同;(3) 岩石疲劳破坏门槛值应为剪缩和剪胀区域分界点对应的峰值偏应力;(4) 循环荷载作用下岩石疲劳势有别于单调加载时塑性势,循环荷载作用下岩石表现出比单调加载时更强的抵抗体积变形能力;(5) 提出基于内变量理论的岩石疲劳本构模型,试验数据与模拟预测对比显示模型较好地反映出岩石疲劳力学性质。