岩石损伤本构模型在大理岩三轴卸荷试验中的应用

依据岩石强度服从统计分布的特点，通过定义损伤变量，并在一定的假定条件下，运用岩石力学中的D-P强度准则，建立岩石损伤本构模型。对大理岩在不同卸荷速率条件下的试验结果进行分析，利用试验所得的岩石力学参数及求解数据，通过拟合求得损伤本构模型的分布参数，进而确定损伤本构模型的演化曲线。通过与试验曲线对比分析，结果表明:理论曲线基本能反映大理岩在三轴卸荷条件下的应力-应变关系及强度特点；导致高卸荷速率下的大理岩试件强度相对要低的原因，是高卸荷速率的岩石在卸荷过程中其内部损伤演化发展相对要快。     

炭质泥岩渐进破坏过程的变形特性及损伤演化研究

为研究软岩渐进破坏过程的变形特性和损伤演化规律,通过对炭质泥岩开展不同围压的三轴压缩试验,分析了围压对炭质泥岩宏观力学特性的影响;并将损伤岩石细观模型概化为岩石颗粒、裂隙损伤和孔隙3个部分;根据岩石细观结构损伤机制,结合应力-应变曲线特征,分段建立了炭质泥岩损伤演化方程:压密阶段,以孔隙率为损伤变量,建立了考虑孔隙压缩...     

冻融循环作用下炭质页岩蠕变模型研究

冻融循环作用下炭质页岩蠕变是高速公路高陡边坡稳定性研究的热点问题之一。为揭示冻融循环作用下炭质页岩的蠕变特性,将炭质页岩试样分别进行0次、5次、15次、25次冻融循环,在围压为4 MPa条件下,采用分级增量加载方式对试样进行三轴压缩蠕变试验,试验发现冻融作用下炭质页岩蠕变具有明显的非线性特征,轴向应变随冻融循环次数、应力水平和时间增加而增大;根据蠕变曲线特征,将蠕变曲线分为2个阶段,即稳定蠕变阶段和不稳定蠕变阶段;利用损伤定义及Lemaitre应变等效方程,建立稳定蠕变阶段的冻融损伤演化方程;基于损伤力学和概率统计理论,采用Von-misses屈服准则,建立不稳定蠕变阶段的冻融和蠕变耦合损伤方程;通过引入冻融和蠕变损伤变量对Burgers模型参数进行修正,建立冻融作用下的蠕变损伤模型。研究表明：岩石损伤随冻融循环次数增加而增大,但损伤增加速率减小,最终趋于稳定;冻融和蠕变耦合作用下,冻融作用使得岩石损伤累积,会加快岩石的蠕变破坏;分段建立的损伤方程能较好地揭示岩石损伤随冻融循环次数、应力水平和时间增加的变化规律;改进的蠕变模型与试验曲线拟合度较好,且参数物理意义明确。研究成果能为炭质页岩高陡边坡稳定性分析提供理论参考。     

基于广义自洽理论的岩石统计损伤模型研究

为考虑岩石内微裂纹间相互作用对岩石损伤的影响,基于广义自洽理论研究岩石材料的损伤效应,建立了反映荷载作用下的岩石微裂纹发展变化损伤本构模型;采用概率统计理论,对岩石损伤模型中微裂纹密度演变过程进行探讨;以模式分层优化算法反分析确定模型参数,并结合工程实例对岩石微裂纹统计损伤模型及参数确定方法进行了验证。研究结果表明,基于广义自洽理论的岩石微裂纹统计损伤本构模型能够反应岩石内微裂纹间的相互影响的工程实际,模式分层优化算法确定的模型参数真实可信,在工程应用中具有一定适用价值。     

一种考虑损伤的沥青路面本构关系在冲击载荷作用下的应用

在经典Burgers模型的基础上,基于所有元器件均发生同一程度损伤的假设,引入了与应变和材料参数相关的损伤变量D,建立了可以描述沥青混合料损伤的Burgers模型,用于模拟沥青路面的损伤行为。修正的损伤Burgers模型经过与参考文献中的试验数据对比得到了验证。在此基础上,通过C++软件编程,完成了修正的损伤Burgers模型在FLAC3D数值计算程序中的嵌套开发和应用,计算了某种路面在冲击载荷作用下的弯沉变形和应力分布。结果表明:修正的损伤Burgers模型能够描述冲击载荷作用下沥青路面从加载变形到失稳破坏的整体阶段,计算得到的弯沉盆以及路面和基层的破坏形式与现场试验结果吻合良好,具有较高的精度;通过对计算得到的应力和应变进行后处理,可以获得损伤变量D与应变以及时间的关系曲线,对于评价沥青路面性能具有很好的指导作用;通过采用修正的损伤Burgers模型进行数值计算,在结合现场试验数据的基础上,可以得知低等级公路用于战备使用时,应充分考虑使用前的冲击载荷降压措施,以及使用后的快速修补和维护措施,在可选的情况下,应尽可能选择高等级公路,避免低等级公路段,如三级及以下的公路。     

基于统计损伤理论的沥青路面疲劳失效过程分析

基于应变等价性假设,并结合统计损伤理论,建立了模拟沥青路面在载荷下变形过程的损伤本构模型。其次,在该本构模型的基础上,分析了路面变形过程中强度退化特性及疲劳失效条件,并进一步推导了在疲劳载荷下路面材料失效的判据,最后,通过分析表明本文方法的合理性与可行性。     

基于统计损伤理论的沥青路面疲劳失效过程分析

基于应变等价性假设,并结合统计损伤理论,建立了模拟沥青路面在载荷下变形过程的损伤本构模型。其次,在该本构模型的基础上,分析了路面变形过程中强度退化特性及疲劳失效条件,并进一步推导了在疲劳载荷下路面材料失效的判据,最后,通过分析表明本文方法的合理性与可行性。     

混凝土各向异性损伤模型

在能量等价假设的基础上建立了混凝土的各向异性损伤本构方程。损伤演变由损伤强化条件决定，当损伤强化达到临界值时，混凝土发生破坏。本模型能较好地描述混凝土的单侧受力性能。     

改进的西元蠕变模型

为了解决岩土与地下工程施工过程中围岩持续性的蠕变大变形灾害,建立能较好描述岩石蠕变全过程规律的本构方程尤为重要。基于RLW-2000型微机伺服岩石三轴流变仪得到的泥岩流变实验数据,对其蠕变曲线特征进行分析,结合岩石的力学特性,定义了一种能反映岩石加速蠕变破坏特征的非线性函数。将定义的非线性函数引入到传统西元模型中,构造出一个新的改进西元模型的流变本构方程。该模型成功克服了传统西元模型不能描述岩石加速蠕变过程的缺陷,能很好地反映岩石蠕变曲线的三个阶段。结合泥岩蠕变实验数据对该模型的蠕变参数进行了辨识,并将模型的计算结果与蠕变实验数据对比,证明了所建立新的改进西元模型的正确性与合理性。且模型参数较少,容易理解,便于在实际工程中运用和推广。     

基于热力学的沥青混合料粘弹-粘塑性损伤本构模型

为了表征沥青混合料的力学行为,以不可逆热力学理论为基础,推导出沥青混合料粘弹-粘塑性损伤本构模型;将建立的本构模型用于分析沥青混合料三轴蠕变试验和等应变速率压缩试验.结果表明:该模型能够合理描述沥青混合料蠕变试验的三阶段,准确表征其三维变形特征,并能从机理上分析沥青混合料的变形行为;可以较准确地预估等应变速率压缩试验中的应力-应变发展规律及应力峰值和体积变形规律;所提出的粘弹-粘塑性损伤本构模型能够表征沥青混合料在多种压缩加载模式下的力学行为特征.     

单轴压缩下不同长度单裂隙岩体能量损伤演化机制

为探寻裂隙岩体变形破坏过程中内在的能量演化机制,基于岩石能量耗散理论和室内试验数据,研究了单轴压缩条件下单裂隙岩体变形破坏过程中各能量指标(总能量、弹性应变能及耗散能)演化规律,分析了裂隙长度变化对岩样力学特性、破坏模式、各能量指标及峰前能量突变幅度的影响规律.研究结果表明:裂隙岩体的峰值强度、峰值应变及弹性模量均随裂...     

温度对旋转钻进破岩功耗的影响研究

岩石在常温、常压下的变形破坏理论已非常成熟，但随着钻探深度不断的增加，岩石将要面临高地温、高围压的环境，这些因素将直接影响钻进过程。通过研究旋转钻进过程中能量的传递转移，建立岩石破碎的简化模型，利用单位体积破岩能耗来探究温度对钻进过程的影响。研究结果表明:随着钻进深度的增加，在一定的围压作用下，温度升高而岩石的弹性模量却逐渐减小，压入深度随温度升高呈抛物线形上升，破岩功耗随温度呈曲线上升，并在经过阀值温度400℃后趋于平缓。     

某隧道高地应力近水平岩层白云岩三轴试验研究

依托某高地应力近水平岩层硬脆围岩隧道,通过现场钻孔取芯进行岩芯三轴压缩试验。研究表明：白云岩在低围压下发生张拉劈裂和剪切破坏,在高围压下主要发生剪切破坏。通过三轴试验,得到高（30、35 MPa）低（10、15 MPa）不同围压下白云岩的应力-应变关系,通过绘制应力莫尔圆获得白云岩的强度参数：弹模E=31.91 GPa,黏聚力c=22 MPa,内摩擦角φ=47°,并得到白云岩的强度表达式,可为原岩应力的获取提供依据。     

基于声发射技术的石灰岩三轴加载试验研究

通过室内三轴加载及声发射同步试验,研究了完整及损伤石灰岩在围压作用下变形破裂的声发射机理。试验研究表明:损伤石灰岩贯通破坏时,岩石轴向应力突降与声发射参数值突增时间具有一致性,沿着1条主裂缝发生贯通破坏;完整石灰岩贯通破坏时,岩石轴向应力突降时间滞后于声发射参数值突增时间,出现多条裂缝;声发射参数值可作为评估危险石灰岩稳定性的有效指标。     

高压水刀辅助TBM滚刀破岩效率室内模型试验

研究不同工况条件下高压水刀辅助TBM滚刀破岩效率,对于进一步优化该新兴技术,实现高强度高磨蚀性地层TBM高效安全掘进具有重要意义。为此,基于室内滚刀贯入模型试验,对不同低围压作用(围压p₀=0,1.25,2.5 MPa)以及不同高压水刀预切割竖向裂缝几何参数(切缝深度H=10,20 mm,预切缝-刀具轴线间距L=0,20,40 mm)条件下高磨蚀性硬岩试样滚刀贯入破碎过程及破岩效率影响规律展开研究。试验结果表明:低围压且无预切缝条件下,随着围压的增大,岩样峰值贯入荷载增大,贯入荷载-贯入度曲线跃进跌落次数增多,试样破坏特征从脆性破坏向延性破坏转化,无围压条件下高强度高磨蚀性地层TBM掘进难度高于常规强度地层和高强度磨蚀性地层;低围压且有预切缝条件下,预切缝-刀具轴线间距L=0时,岩样发生劈裂模式破坏,无围压条件下,L=0时,其峰值贯入荷载显著小于L≠0情况,有围压条件下,L=0时,岩样达到峰值贯入荷载所对应的贯入度显著大于L≠0情况;有预切缝条件下,预切缝-刀具轴线间距L≠0时,预切缝深度H越大,破岩效率越高,较大的高压水刀切割深度H能够降低高强度高磨蚀地层TBM掘进中滚刀的磨损率;有预切缝条件下,当预切缝深度H一定时,不同L值下的岩样峰值贯入荷载及对应的贯入度都随着围压增大而增大,而当L值较大时,一定程度上需提高掘进推力才能够实现高效破岩。