一、岩石损伤流变理论模型研究(论文文献综述)
唐劲舟[1](2021)在《深部高温作用下双裂隙砂岩流变力学行为及破坏机理研究》文中研究说明深部煤炭地下气化技术的发展,有望开采常规采矿方法无法利用的巨量深层煤炭资源,同时,利用燃空区作为地下储气库,可实现资源和空间利用最大化。然而,燃空区覆岩在煤炭气化过程中受高温热损伤后,如何有效控制其在高地应力作用下的长期稳定性和低渗透性是保障地下储气库安全运行的关键问题之一。因此,高温热损伤裂隙岩体在高围压下的时间效应以及渗透演化规律的研究工作,在深层煤炭地下气化技术及地下储气库相结合这一特殊工程应用中具有较大的理论研究价值以及工程指导意义。鉴于此,本文用30 MPa围压模拟深部围岩环境,采用小尺度裂隙砂岩进行室内三轴压缩及增量循环加卸载流变-渗透试验,建立了考虑裂隙倾角和热损伤影响的非线性流变模型,并采用颗粒流数值模拟方法从微观角度对裂隙岩体裂纹起裂、扩展规律进行了分析,主要研究内容和研究成果如下:(1)基于不同裂隙倾角、岩桥倾角和热损伤程度的预制双裂隙红砂岩瞬时三轴试验,发现了双裂隙砂岩在高围压下所表现出的多峰现象,揭示了裂隙倾角、岩桥倾角和热损伤程度对峰前和峰后变形特性、强度特征和破坏模式的影响规律。同时,基于热裂纹面积提出了一个表征热损伤程度的Φ值,该值越大,说明热损伤程度越高。(2)根据瞬时三轴压缩强度,设置不同蠕变应力水平,对不同裂隙倾角、岩桥倾角和热损伤程度的预制双裂隙红砂岩进行增量循环加卸载三轴压缩蠕变-渗透试验,对蠕应变进行应变分离,揭示了应力水平、裂隙倾角、岩桥倾角和热损伤程度对各个应变、长期渗透率和蠕变破坏模式的影响规律。(3)引入变应力屈服极限的塑性体,将其与变截面黏性体并联组成非线性黏塑性体,建立了考虑初始损伤和热损伤影响的非线性弹-黏-塑性流变模型,可以较好地描述双裂隙红砂岩在高围压下的流变特性。(4)利用二维颗粒流数值模拟从微观角度揭示了双裂隙砂岩在常规三轴压缩中微裂纹起裂、扩展和贯通规律,同时,基于热损伤度建立热损伤数值模型,模拟出了热损伤对岩石强度和变形的影响规律。采用伯格斯模型较好地模拟出了双裂隙试样的蠕变阶段三个阶段,揭示了流变过程中微裂纹、应力场和位移场的演化规律。该论文有图115幅,表20个,参考文献192篇。
徐卫亚,黄威,张涛,孟庆祥[2](2020)在《含软弱夹层的层状岩体流变力学特性试验》文中进行了进一步梳理依据工程地质结构制作含软弱夹层的层状岩体试样,采用全自动三轴流变伺服系统进行三轴流变力学试验,研究含软弱夹层的层状岩体的流变变形规律及加速流变特性,依据岩体各级应力水平下的稳态流变速率确定岩体的长期强度,为工程岩体流变数值试验参数辨识提供参考。根据流变试验结果,提出反映不同岩层流变力学性质的层状岩体流变模型,在模型中引入损伤变量,使流变模型可以准确反映多层状岩体在不同应力水平下的损伤流变特性。对提出的非线性损伤流变模型进行参数辨识,拟合曲线与流变试验结果较吻合,验证了非线性损伤流变模型对层状岩体的适用性。
胡波[3](2019)在《高温后砂岩流变力学特性及渗透演化规律研究》文中指出深部地下资源开采和空间利用,诸如煤炭和金属矿物资源开采、地热能开采、核废料地下处置和地下煤气化等工程逐渐成为采矿和岩土工程领域的研究热点和难点。目前主要面临的巨大挑战来自于深部高地应力、高温环境以及不连续结构面对岩石工程长期稳定性以及渗透性的影响。因此,探究这些因素对岩石的长期力学行为的影响规律和内在机制具有十分重要的理论价值和实践意义,故而有必要开展高应力、高温和裂隙对岩石流变力学特性和渗透性影响的基础研究。此外,基于试验规律的数值模拟和理论模型为预测岩石工程长期稳定性提供了巨大便利。鉴于此,本文采用室内试验研究、数值模拟和理论分析的手段对高温作用后砂岩和含不同倾角初始裂隙砂岩的流变力学特性以及流变过程中渗透率的演化特征进行了研究。建立了考虑温度和裂隙倾角影响的非线性弹-粘-塑性流变损伤模型,基于孔隙度和应力与渗透率的理论模型建立了流变-渗透率关系,最后基于试验结果对提出的理论模型进行了验证。主要研究内容和成果如下:(1)对不同高温作用后的砂岩进行了拉伸强度、断裂韧度、单轴和三轴压缩强度及渗透率测试试验,分析了高温对砂岩基本变形和强度参数以及破坏模式的影响规律并得到了定量关系,从微观结构变化及矿物组分变化角度解释了高温作用机理,还对完整砂岩和预制不同初始倾角的单裂隙砂岩进行了单轴、三轴压缩和渗透试验,得到了围压和裂隙倾角对砂岩变形、强度和破坏的影响规律及定量关系。(2)采用三轴流变仪对高温作用后的砂岩和含不同倾角预制裂隙砂岩进行了总时长近220天的分级加载和循环加卸载流变-渗透试验,对比了不同加载方式下砂岩的蠕变特征,分离了瞬时弹性、瞬时塑性、粘弹性和粘塑性变形,获得了温度、应力、裂隙倾角对砂岩流变特性的影响规律及相关定量关系,探讨了流变过程中渗透率演化趋势。(3)基于高温后砂岩和裂隙砂岩的常规三轴压缩和流变压缩试验结果,采用颗粒流离散元程序模拟了试样变形、强度和破坏特征,得到了细观接触模型参数和宏观力学参数的定量关系。(4)基于循环加卸载流变试验分离的不同类型应变提出了可以描述相应变形的非线性流变模型,提出的基于应变能的流变损伤模型可以描述加速流变,利用有效应力原理和应变等效原理提出了考虑初始裂隙倾角影响的流变模型,分析了高温对流变模型参数的影响规律并提出考虑高温影响的非线性流变损伤模型,最后,基于孔隙度和应力与渗透率的关系,建立了流变-渗透率模型并对提出的模型进行了验证。该论文有图132幅,表34个,参考文献281篇。
何晓樟[4](2019)在《考虑损伤的西原流变模型及其工程应用研究》文中进行了进一步梳理岩体的流变模型是岩石流变理论的核心组成部分。随着我国经济的发展,我国的基础设施建设的规模呈现日新月异的增长,工程中岩石流变问题也越来越复杂。研究表明,岩体参数会因为损伤随时间变化而衰减。因此,只有从岩体流变学和损伤理论的观点和方法出发来考虑岩石的流变受力变形特性,才能更合理有效地服务于工程实际。本文基于能较为全面反映岩土体弹-黏弹-塑粘性流变性质的西原流变模型,结合由损伤导致的参数衰减,提出考虑损伤的西原流变模型,将其进行FLAC3D自定义本构模型二次开发以及工程应用。主要内容及成果如下:(1)结合摩尔库伦屈服准则和损伤理论,提出考虑损伤的西原流变模型和利用三轴压缩试验确定损伤阈值,并推导出考虑损伤的西原流变模型的有限差分格式以及用于FLAC3D中的应力更新方程和应力修正方程;(2)根据差分格式,利用FLAC3D软件提供的二次开发平台进行对本文模型进行二次开发,并详细列出了二次开发中的重要方法、关键变量、编码流程;根据退化后的FLAC3D内置伯格斯流变模型对比试验和文献中的室内试验分别验证了本文模型未进入屈服状态和进入屈服状态后的正确性和适用性;(3)结合数值试验,以应变和位移为指标,对本文提出的模型中各个参数进行了敏感性分析,并将本文模型应用于模拟蠕变、松弛、分级循环加卸载试验,证明了本文模型能较好地模拟这些试验,特别是对加速蠕变阶段的模拟;(4)以云南某红层软岩隧道为例,基于三轴压缩确定其损伤阈值为0.25%。结合文献相关参数,将本文模型和退化的本文模型(未考虑损伤)计算结果及现场监测进行了对比研究,证明了本文考虑损伤的西原模型更符合实际。另外,还基于本文模型对隧道开挖方法进行了研究,模拟结果表明,隧道双侧壁导坑法施工比二步台阶法、单侧壁导坑法更具安全性。
蒋树,文宝萍,蒋秀姿,李瑞冬,赵成[5](2019)在《基于非线性损伤理论的改进CVISC模型及其在FLAC3D中实现》文中指出滑坡形成是一个典型的岩土变形破坏时效过程,低速滑坡时效过程尤为显着。基于流变理论,建立反映滑坡变形破坏发展过程的本构模型、预测滑坡活动趋势,一直是国内外滑坡研究的基本途径和难点问题之一。然而,目前国内外已有的多数流变模型仅能反映滑坡岩土蠕变的第一、第二阶段,不能刻画滑坡岩土蠕变的第三阶段(加速蠕变阶段)。本文基于滑带在滑坡中的作用以及滑带岩土剪切蠕变发展的累进性和非线性特征,借助损伤理论,在FLAC3D内置的CVISC流变本构模型中引入非线性损伤黏塑性元件,构建了可描述滑坡加速蠕变过程的非线性损伤流变本构模型,依据类比原理建立了改进的CVISC三维差分模型,通过FLAC3D开放的用户接口实现了本构模型的二次开发,并将改进的CVISC模型用于长期缓慢滑移、伴随间歇性剧烈活动的甘肃舟曲泄流坡数值模拟中。模拟结果显示,该模型不仅呈现了滑坡的加速蠕变特征,而且揭示的滑坡活动特征与其曾经出现的活动特征基本一致,从而证实基于非线性损伤理论的改进CVISC模型具有较好的有效性。
徐鹏[6](2018)在《深部复合岩层流变力学行为及其对TBM卡机灾害影响机理研究》文中认为TBM的地质适应性不佳,在断层破碎带、富水裂隙带与软硬不均岩层等不良地质中容易出现TBM卡机灾害,而在深长隧道TBM施工中软硬复合岩层屡见不鲜,因此有必要研究TBM在深埋复合岩层中掘进时卡机灾害致灾机理及防治措施。本文采用室内试验、理论研究及数值模拟分析相结合的方法,探究复合岩层常规三轴压缩及流变力学特性,提出能合理描述复合岩层力学行为的力学模型,据此分析深长隧道围岩变形的时空演化规律,结合ABH工程探究深埋软硬复合岩层条件下TBM掘进卡机灾害控制措施。主要研究内容及成果如下:(1)采用水泥、石英砂和水等材料配制了软、硬两种类岩石材料,制作了不同层间倾角软硬层状复合类岩石标准圆柱形试样,进行了复合岩层类岩石试样三轴压缩流变试验,基于室内试验结果,分析了层间倾角对复合岩层流变破坏强度、破坏模式、流变变形及长期强度的影响规律。(2)在经典Mohr-Coulomb模型及Burgers流变模型的基础上,通过引入累计损伤演化率,建立了岩石损伤软化本构模型以及岩石损伤流变本构模型,用以分别描述岩石在加载过程中的瞬时变形及流变变形特性。将本构模型进行二次开发并用于数值计算,基于室内试验结果对模型的准确性及有效性进行了验证,对比结果表明模型可以较好反映岩石受力变形及损伤劣化特征。(3)以ABH项目中TBM掘进隧道为工程背景,进行了深埋复合岩层中圆形隧洞开挖后隧洞围岩变形及破坏特征物理模型试验,研究了隧洞洞周收敛位移及破坏特征,分析了边界荷载恒定条件下洞周围岩内部主应力及主应变演化规律,试验结果表明隧洞洞周围岩损伤破坏规律同时受洞周围岩应力特征及围岩岩性特征所控制。(4)进行了深埋复合岩层圆形隧洞开挖过程中围岩变形及破坏特征数值模拟研究,探究了层间倾角、层间距、支护力以及开挖暴露时间对隧洞洞周围岩变形及破坏特征影响规律。(5)总结分析了TBM掘进卡机灾害工程实例,探究了TBM掘进施工隧洞卡机灾害防治措施及TBM卡机脱困方法,以ABH输水隧洞TBM施工工程为依托工程,采用本文建立的岩石损伤流变本构模型,进行了TBM掘进机在穿越断层破碎带时TBM机身与围岩相互作用数值计算,探究了超挖间隙与停机时间对TBM机身摩阻力的影响规律,研究结果将有助于TBM在该区域中安全快速高效的掘进。
祁舒燕[7](2018)在《考虑损伤的软岩流变模型及其工程应用研究》文中认为现有的能够计算软岩流变的商业软件如FLAC3D和ABAQUS提供的流变本构模型较少,而且都是线性的。但实际上,岩石受地质构造、地下水渗流、软弱夹层和人工扰动等诸多因素的干扰,其弹性模量、强度和粘滞系数是随时间逐渐劣化的。因此,本文通过在传统的线性流变本构模型中引入损伤因子来表征岩石力学性状的劣化,采用非线性损伤流变模型能够更准确的预测实际岩体工程中软岩的时效非线性变形特征。因此本文的主要研究内容有:(1)将Kelvin体与西原模型串联,建立一个改进的西原流变本构模型。根据滇中红层软岩的蠕变变形特征,采用传统的西原流变本构模型不能很好的描述软岩在减速蠕变和等速蠕变阶段的变形特征,遂尝试将Kelvin体与西原模型串联,改进后的西原流变本构模型能够较好的描述滇中红层软岩第一、第二阶段的蠕变变形特性。(2)在改进的西原流变本构模型中,引入与时间相关的损伤因子。由于改进的西原流变本构模型不能描述软岩的加速蠕变特征,遂通过在岩石材料的变形模量和粘滞系数中引入与时间相关的损伤因子,考虑岩石材料力学特性的劣化,可以很好的描述软岩的加速蠕变变形和破坏特征。(3)对考虑损伤后的流变模型的本构方程及其基本变量的有限元格式进行了详细的推导,在Microsoft Visual Studio工作环境下,使用Fortran语言编制了软岩隧洞损伤—粘弹塑性流变有限元程序,并采用考虑损伤的变刚度增量迭代法和常α矩阵加速收敛算法提高程序算法的计算精度和计算速度。(4)根据滇中红层软岩单轴压缩蠕变试验,利用本文建立的考虑损伤的流变本构模型,采用数值模拟的方法,反演得到软岩试件在不同轴压应力情况下的流变力学参数,研究发现考虑岩石的损伤后,软岩的变形和破坏特征更符合实际情况,另外流变参数受所处应力水平的影响,应力水平越大,各流变参数也越大,各流变参数与应力水平之间呈指数或对数关系。(5)以滇中引水隧洞为研究对象,对隧洞进行开挖和支护下洞周围岩流变稳定性分析,给出洞周围岩的变形规律,应力分布和塑性区分布演化规律。研究表明通过对隧洞进行合理的预加固和一次支护,可以明显抑制洞周围岩的变形,减小破坏区的深度和分布范围,改善洞周围岩的应力大小和分布情况。计算结果为实际隧洞开挖和支护下洞周围岩的稳定性,以及二次衬砌时间和隧洞超挖预留变形量提供了理论依据和实际指导意义。
杨以荣,谢红强,肖明砾,卓莉,何江达[8](2017)在《基于3维损伤流变理论下某调压井群围岩时效稳定性研究》文中认为拟建的某水电站调压井区域围岩岩性为石英云母片岩,勘探及室内试验发现其岩体属于片理构造发育明显的软岩,具有较典型的横观各向同性流变特征。由于区域地应力水平较高,工程施工期及运行期围岩流变现象可能显着影响工程施工安全及长期稳定性。基于FLAC3D软件建立3维数值计算模型,采用横贯各项同性岩体损伤流变本构,同时考虑施工时序及支护措施,研究调压井群施工期和运行期围岩稳定性及衬砌结构安全性。结果表明:施工开挖过程中围岩在流变效应的显着影响下,其变形量随时间略有增加,及时喷锚支护对围岩变形的限制作用显着,开挖完成500 d后围岩位移趋于收敛;开挖完成后围岩整体处于受压状态,施作二次衬砌有利于围岩应力场均匀化重新分布;运行期调压井衬砌变形量值增长速率随时间逐渐减小,其中2年内变形量约占长期(50年)变形量的54%;调压井围岩及衬砌结构运行1年后应力水平基本趋于稳定,运行期内调压井围岩应力水平变化幅度很小。
马冲[9](2017)在《含水软弱夹层非线性流变机理及其工程应用研究》文中进行了进一步梳理在我国坚持可持续发展和深入实施“西部大开发”的战略决策中,矿产资源的合理开发和利用是非常重要的环节。我国中西部与西南地区湖北、湖南、四川、贵州、广西、云南等省大范围存在含缓倾软弱夹层(岩层和夹层倾角均小于25°)的二叠系石灰岩地层,该地层拥有丰富的优质石灰石矿产资源,是我国大量基础设施建设的重要建材来源。随着开采不断向深部和高处进行,矿山所揭露的地层越来越多,所揭露的地层越来越复杂,面临的矿山水文地质条件也愈加复杂,加剧了对边坡岩体的扰动,导致岩体力学性能劣化。各种软弱地层的暴露、边坡临空面的扩展都严重影响着矿山边坡的稳定性和安全性。软弱夹层由于其自身的特殊性,往往成为矿山边坡的潜在滑动面,对矿山过程边坡和终了边坡的稳定性起着控制作用。同时软弱夹层也是水的良好的渗流通道,水岩作用加剧了夹层本身的力学性能的劣化,使软弱夹层的流变特性愈发明显。因此研究水对软弱夹层的力学参数的劣化规律对矿山边坡稳定性评价和安全施工有至关重要的作用。本论文研究结合国家自然科学基金项目“降雨和爆破反复作用下高边坡缓倾软弱夹层的流变特性及其致滑机理研究”(41672317)和横向项目“峨胜采矿场露采高陡边坡稳定性论证与优化研究”,以四川峨胜矿区所揭露的二叠系茅口组含炭质泥页岩软弱夹层为研究对象,考虑四川峨胜采矿区所处的水文地质环境和气象条件,对其进行不同含水率下常规环剪试验、环剪蠕变试验。基于常规环剪试验结果,探讨了不同含水率下的软弱夹层峰值强度和残余强度的变化规律,进行了将含水率作为损伤变量的软弱夹层力学参数劣化规律分析。开展不同含水率不同法向压力下的环剪蠕变试验,在对环剪蠕变试验结果分析的基础上,基于分数微积分提出了考虑软弱夹层的含水率引起的流变模型参数变化作为损伤变量的非线性粘弹塑性流变本构模型(DNMAP模型)。推导了DNMAP流变模型有限差分格式,采用FLAC3D二次开发平台在Microsoft visual studio2010编程实现了新建本构模型的二次开发,并对其正确性和可行性进行了验证。以二叠系茅口组软弱夹层作为潜在滑动面的“1270-1380m”开挖平台变形体为研究对象,对其进行了渐进性破坏分析及长期稳定性预测,并提出了相应的防治措施。本文取得的研究成果如下:(1)以四川峨胜采矿场“1270-1380m”开挖平台出露的二叠系茅口组含炭质泥页岩软弱夹层为研究对象,在分析其沉积环境和构造环境的基础上,分析了软弱夹层的形成过程。利用矿物鉴定、X射线、激光粒度分布仪等手段对二叠系茅口组软弱夹层的矿物成分、化学成分、粒径组成等特征进行分析,并通过开展一系列物理力学试验获取了软弱夹层的基本物理特性参数。研究表明:二叠系茅口组软弱夹层矿物成分主要以粘土矿物、方解石为主。因粘土矿物的亲水性较强,因此含水率对软弱夹层的力学特性具有显着的影响。(2)对二叠系茅口组软弱夹层开展常规环剪试验,研究了相同干密度不同含水率重塑软弱夹层试样在不同法向应力作用下的剪切变形破坏特征。研究表明:法向应力是影响软弱夹层应变硬化及软化特性的重要因素。随含水率及法向应力的增大,较低法向应力下表现应变软化特性的试样,在环剪试验过程中的法向位移特征表现为由剪胀为主转变为剪缩为主。高法向应力下表现应变硬化特性的试样则表现出速率逐渐趋于稳定的剪胀特性。环剪应变特性受法向压力和含水率的影响,法向压力越大、含水率越高,试样的应变硬化特性越明显。分析了含水率与法向应力对于软弱夹层峰值强度和残余强度的影响规律,试验结果显示软弱夹层试样的峰值剪应力、残余剪应力及其对应的剪切位移均与试样的含水率和法向应力呈正相关关系。基于摩尔-库仑强度准则与损伤力学原理研究了含水率对于软弱夹层等效抗剪强度参数的损伤劣化规律,得到了抗剪强度参数损伤率与含水率的函数关系式。对试样环剪破坏后的环剪面进行微观电镜扫描,讨论了应变软化与应变硬化试样在微观结构上的差异性,并指出环剪试验过程中颗粒位移、破碎与定向排列的差异是影响试样宏观力学特性的重要因素。(3)基于常规环剪试验成果,对二叠系茅口组软弱夹层开展不同含水率、不同法向压力下的环剪蠕变试验。对不同含水率下夹层试样的剪切蠕变变形和应变速率进行了分析。同时通过两种方法确定了不同含水率下软弱夹层的长期强度,并与残余强度进行了对比。通过电镜扫描对不同含水率试样环剪蠕变破坏之后的破坏面进行了微观特性分析。试验结果表明:(1)在低于饱和含水率时,含水率越高,瞬时剪切应变随应力等级的增加而变形增量变大;而高于饱和含水率之后,瞬时剪切应变增量随含水率的增加而呈现出降低的趋势,增量最大值出现在饱和含水率附近。随着含水率的增加,试样累计蠕变增量也呈增大的趋势。从蠕变曲线达到稳态蠕变的变形量与瞬态弹性应变的比值来看,随着环剪应力等级的增加,稳态蠕变的变形量与瞬态弹性应变的比值逐渐增加。应力等级越大,蠕变变形量在总变形中的比重增大,蠕变特性表现得愈发明显。(2)含水率对蠕变变形速率的规律性影响主要体现在对蠕变衰减段持续时间的影响上。研究表明,蠕变衰减持续时间随含水率的改变大致呈线性变化规律。随着应力等级的增加,0.6倍的残余应力作用下拟合直线的斜率大于残余应力的拟合直线斜率。环剪应力水平越高,蠕变衰减持续时间的增长率越缓。(3)等时应力-应变曲线法所确定的长期强度均大于稳态蠕变速率法所确定长期强度,但量值相差不大。通过对不同含水率下夹层的长期强度与含水率的关系进行拟合分析,发现长期强度与含水率呈线性负相关,含水率越高,软弱夹层的长期强度越低。(4)不同含水率试样在蠕变破坏之后的微观特性存在着显着差异,含水率较低的试样,破坏面光滑,变形擦痕较为清晰,片状结构明显;随着含水率的升高,试样逐渐软化,由于试样含有膨胀性的粘土矿物,颗粒由于膨胀性变强排列变得致密,各向同性明显。由于试样破坏前变形量变大,破坏面上多空隙和裂缝出现,表现出延性破坏特征。(4)详细介绍了分数阶微积分的几种常用定义,并基于分数阶微积分对现有的几种常见流变元件模型进行了改进,分别给出了蠕变本构方程。通过对饱和状态下软弱夹层试样蠕变破坏前试验曲线的拟合,综合考虑各种因素选取基于分数阶微积分改进的Maxwell元件模型作为新建蠕变本构模型的粘弹性部分。同时,分析发现非定常参数Abel粘壶能够描述蠕变加速破坏段的特性,因此将其与塑性元件并联组合成粘塑性体与前面改进Maxwell元件模型串联构建了一种新的非线性剪切蠕变本构模型(NMAP),对其蠕变本构方程进行了推导。通过对试样环剪蠕变加速破坏段的拟合发现,新建立的NMAP元件本构模型能够很好地拟合蠕变全过程试验曲线。(5)基于损伤理论将软弱夹层的含水率引起的流变模型参数变化作为损伤变量引入到NMAP模型中,建立了考虑含水率损伤的非线性黏弹塑性剪切流变本构模型DNMAP模型。通过对环剪蠕变试验结果曲线的拟合,可以看出DNMAP模型对不同含水率试样蠕变全过程特别是对加速蠕变阶段具有良好的拟合效果。(6)对新建立的非线性黏弹塑性本构模型(DNMAP)进行了详细的公式推导,对其蠕变本构方程进行三维差分形式离散,得到了应力增量的差分表达式。利用FLAC3D内置的FLAC3D500VS2010Addin.msi插件,在Visual studio2010软件中实现了基于分数阶微积分的新建蠕变本构模型的开发。并通过建立一个三维数值计算模型,来模拟计算其单轴压缩蠕变试验结果,证明了新建DNMAP损伤流变本构模型的合理性,也说明其在FLAC3D中的二次开发实现过程的正确性。(7)在介绍峨胜矿区“1270-1380m”平台变形体的基本地质条件和地质环境基础上,考虑软弱夹层的应变软化和流变特性,对变形体进行了渐进性破坏分析和长期稳定性预测研究。在对变形体进行渐进性破坏分析时,分别采用了极限平衡法和基于应变软化模型的容重增加法。结果表明:容重增加法计算所得到的稳定状态的安全系数要略大于极限平衡法运用残余强度所得的安全系数。将容重增加法数值计算过程中不同时步下的剪应变增量分布的变化趋势来表示变形体的渐进性破坏的发展过程。剪应变增量经历从出现、扩展直至稳定的过程。当计算时步达到一定值时,剪应变增量分布趋于稳定,边坡安全系数也不再发生变化。基于边坡位移反分析法利用遗传算法和神经网络对流变模型参数进行了反演,通过实测值和计算值的对比证明了反演参数的合理性以及本文所提出的DNMAP蠕变本构模型的正确性。通过对变形体位移变化和剪应变增量的计算对其稳定性发展趋势进行了预测。
徐达[10](2016)在《红层岩石蠕变特性及其非线性本构模型研究》文中提出随着我国建设事业的快速发展,交通基础设施规模日益扩大。西南地区红层广泛分布,地质力学性质复杂。这些大型工程建设服务年限较长,为保证运营期间的安全,预测其长期稳定性,有必要对边坡岩石进行流变力学试验研究。岩石流变力学理论作为岩石力学中的前沿课题,近年来已取得许多成果,然而对岩石流变特性和流变本构模型的研究仍不够成熟。基于此,本文采用试验研究、理论分析、数值模拟相结合的方法,开展了以下几方面的工作。(1)通过对红层边坡岩石进行单轴压缩试验和单轴压缩蠕变试验,分析了不同岩性、应力路径和含水状态下岩石的流变力学行为,确定岩石的长期强度。深入探讨了岩石宏观流变破裂现象及微观流变发展机理。(2)根据试验结果建立了三种新的非线性流变本构模型。采用遗传蠕变理论,以指数函数为蠕变核函数,双曲线函数为应力-应变本构关系,建立新的经验型流变本构模型。提出一种新的非线性黏壶元件,引进裂隙塑性体等非线性元件,组合建立新的非线性流变元件本构模型。从岩石损伤机理出发,建立时效损伤演化方程,通过应变速率建立新的流变损伤本构模型。三种模型拟合曲线与试验结果吻合良好。(3)对夜郎河特大桥拱座基础处顺层岩质边坡进行数值模拟,比较分析瞬时状态和流变状态下边坡变形及应力变化情况,给出合理的工程建议。
二、岩石损伤流变理论模型研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、岩石损伤流变理论模型研究(论文提纲范文)
(1)深部高温作用下双裂隙砂岩流变力学行为及破坏机理研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 选题背景与研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 主要研究内容及方法 |
2 高围压作用下双裂隙砂岩瞬时力学特性试验 |
2.1 双裂隙砂岩试样制备方法 |
2.2 试验设备及试验方法 |
2.3 裂隙倾角对双裂隙砂岩力学特性的影响 |
2.4 岩桥倾角对双裂隙砂岩力学特性的影响 |
2.5 高温热处理对45°裂隙红砂岩力学特性的影响 |
2.6 本章小结 |
3 高围压作用下双裂隙砂岩循环加卸载流变-渗透试验 |
3.1 试验步骤 |
3.2 蠕应变分离方法 |
3.3 不同裂隙倾角双裂隙砂岩循环加卸载流变-渗透试验结果分析 |
3.4 不同岩桥倾角双裂隙砂岩循环加卸载流变-渗透试验结果分析 |
3.5 高温作用后45°双裂隙砂岩循环加卸载流变-渗透试验结果分析 |
3.6 本章小结 |
4 考虑初始损伤和热损伤的非线性流变模型 |
4.1 基本元件模型 |
4.2 瞬时弹性和黏弹性变形模型 |
4.3 瞬时塑性和黏塑性变形模型 |
4.4 考虑初始损伤和热损伤的流变模型 |
4.5 模型参数的确定及验证 |
4.6 本章小结 |
5 双裂隙砂岩瞬时力学和加卸载流变力学行为的数值模拟 |
5.1 PFC2D程序及接触模型简介 |
5.2 不同裂隙倾角双裂隙砂岩三轴压缩模拟 |
5.3 不同岩桥倾角双裂隙砂岩三轴压缩模拟 |
5.4 高温作用后45°双裂隙砂岩三轴压缩模拟 |
5.5 双裂隙砂岩三轴压缩流变力学行为模拟 |
5.6 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 本文创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(2)含软弱夹层的层状岩体流变力学特性试验(论文提纲范文)
1 试样制备与试验方案 |
2 试验结果分析 |
2.1 岩体变形规律 |
2.2 岩体加速流变特性 |
2.3 岩体长期强度 |
3 多层状岩体非线性损伤流变模型 |
4 结 论 |
(3)高温后砂岩流变力学特性及渗透演化规律研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 选题背景与研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 主要研究内容及方法 |
2 高温后砂岩瞬时力学特性及渗透演化规律 |
2.1 完整砂岩和预制裂隙砂岩试样制备方法 |
2.2 试验设备及试验方法 |
2.3 高温对拉伸强度的影响规律 |
2.4 高温对断裂韧度K_(IC)的影响规律 |
2.5 常温单裂隙砂岩常规三轴压缩试验结果分析 |
2.6 高温作用后砂岩常规三轴压缩及渗透试验结果分析 |
2.7 本章小结 |
3 砂岩三轴流变力学特性及渗透演化规律 |
3.1 试验材料及方法 |
3.2 考虑室温波动影响的数据修正方法 |
3.3 弹-粘-塑性应变分离方法 |
3.4 高温作用后砂岩分级加载流变-渗透试验结果分析 |
3.5 高温作用后砂岩循环加卸载流变-渗透试验结果分析 |
3.6 常温单裂隙砂岩循环加卸载流变-渗透试验结果分析 |
3.7 本章小结 |
4 砂岩常规三轴和流变压缩力学行为的数值模拟 |
4.1 PFC2D程序简介 |
4.2 接触模型介绍 |
4.3 高温作用后砂岩单轴及三轴压缩模拟 |
4.4 常温单裂隙砂岩单轴及三轴压缩模拟 |
4.5 砂岩三轴压缩流变力学行为模拟 |
4.6 本章小结 |
5 砂岩非线性弹-粘-塑性流变损伤模型 |
5.1 基本元件模型 |
5.2 可恢复瞬时弹性及粘弹性变形模型 |
5.3 不可恢复瞬时塑性及粘塑性变形模型 |
5.4 考虑初始损伤和加速流变的损伤模型 |
5.5 砂岩流变-渗透率模型 |
5.6 模型验证 |
5.7 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 本文创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(4)考虑损伤的西原流变模型及其工程应用研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
英文摘要 |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 流变理论研究现状 |
1.2.2 与损伤相关的流变本构模型研究现状 |
1.2.3 FLAC二次开发研究现状 |
1.2.4 目前研究存在的主要问题 |
1.3 研究内容和技术路线 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 技术路线 |
2 考虑损伤的西原流变模型及其三维差分格式 |
2.1 流变的基本理论 |
2.1.1 流变现象 |
2.1.2 流变模型元件 |
2.1.3 经典流变模型 |
2.2 考虑损伤的西原流变模型 |
2.2.1 西原流变模型 |
2.2.2 岩体参数损伤变量 |
2.2.3 损伤判别条件 |
2.2.4 损伤阈值确定 |
2.2.5 屈服准则的选取和建立 |
2.3 考虑损伤的西原模型差分格式 |
2.3.1 偏应变增量的差分格式 |
2.3.2 应力更新及应力修正 |
2.4 本章小结 |
3 考虑损伤的西原模型FLAC3D程序及验证 |
3.1 关键方法、变量和程序流程 |
3.1.1 关键方法 |
3.1.2 关键变量 |
3.1.3 开发流程 |
3.2 模型验证 |
3.2.1 未进入屈服状态时的验证 |
3.2.2 进入屈服状态时的验证 |
3.3 本章小结 |
4 参数敏感性分析及数值试验 |
4.1 模型中参数的敏感性分析 |
4.1.1 与变形相关参数的敏感性分析 |
4.1.2 与损伤相关参数的敏感性分析 |
4.2 考虑损伤的西原模型蠕变数值试验 |
4.2.3 数值试验试件及加载方式 |
4.2.4 蠕变数值试验结果分析 |
4.3 考虑损伤的西原模型松弛数值试验 |
4.3.1 数值试验试件及加载方式 |
4.3.2 松弛数值试验结果分析 |
4.4 考虑损伤的西原模型分级循环加卸载数值试验 |
4.4.1 数值试验及加卸载方式 |
4.4.2 分级循环加卸载数值试验结果分析 |
4.5 本章小结 |
5 工程应用 |
5.1 工程概况 |
5.1.1 地质构造与地形地貌 |
5.1.2 地层岩性 |
5.1.3 不良地质作用 |
5.2 室内试验 |
5.2.1 三轴压缩试验 |
5.2.2 试验结果分析 |
5.3 隧道施工模拟 |
5.3.1 隧道模型 |
5.3.2 参数取值及开挖顺序 |
5.3.3 模拟结果分析 |
5.4 开挖方法研究 |
5.5 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 不足与展望 |
参考文献 |
附录 |
A.作者在攻读学位期间发表的论文目录 |
B.学位论文数据集 |
致谢 |
(5)基于非线性损伤理论的改进CVISC模型及其在FLAC3D中实现(论文提纲范文)
1 滑带土非线性损伤流变本构模型的建立 |
1.1 损伤变量与非线性黏塑性元件 |
1.2 三维模型的差分形式及其在FLAC3D中的嵌入 |
2 模型应用与验证 |
2.1 泄流坡滑坡概况 |
2.2 滑带土流变特征 |
2.3 改进CVISC模型的计算参数获取 |
2.4 基于改进前后CVISC流变模型的滑坡活动过程模拟 |
3 结论 |
(6)深部复合岩层流变力学行为及其对TBM卡机灾害影响机理研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 选题背景及研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 主要研究内容及方法 |
2 单调加载条件下复合岩层试样三轴流变特性试验研究 |
2.1 复合岩层类岩石试样的制备 |
2.2 试验方案及试验设备 |
2.3 复合岩层单调加载流变试验结果及分析 |
2.4 本章小结 |
3 循环加卸载条件下复合岩层三轴流变力学特性试验研究 |
3.1 三轴压缩循环加卸载流变试验简介 |
3.2 三轴压缩循环加卸载条件下复合岩层流变变形特性 |
3.3 三轴压缩循环加卸载条件下复合岩层流变破坏特性 |
3.4 三轴压缩流变过程中复合岩层试样能量耗散特征 |
3.5 本章小结 |
4 复合岩层损伤本构模型研究及其试验验证 |
4.1 岩石损伤软化本构模型研究 |
4.2 岩石非线性损伤流变本构模型研究 |
4.3 本章小结 |
5 TBM掘进隧道围岩收敛变形特征的相似模型试验研究 |
5.1 ABH项目工程概况 |
5.2 相似模型试验设计 |
5.3 模型试验结果及分析 |
5.4 深埋复合岩层中圆形隧洞围岩变形数值模拟分析 |
5.5 本章小结 |
6 深埋复合岩层中隧洞围岩变形破坏特征数值模拟研究 |
6.1 引言 |
6.2 层间倾角对复合岩层中隧洞围岩变形及稳定性影响规律研究 |
6.3 层间距对复合岩层中隧洞洞周围岩变形及稳定性影响规律研究 |
6.4 复合岩层中隧洞围岩收敛变形随时间的演化规律研究 |
6.5 考虑空间效应下复合岩层中隧道围岩收敛变形规律研究 |
6.6 本章小结 |
7 工程应用研究 |
7.1 引言 |
7.2 TBM卡机致灾机理 |
7.3 TBM卡机灾害防控措施 |
7.4 工程应用研究 |
7.5 本章小结 |
8 结论与展望 |
8.1 主要结论 |
8.2 主要创新点 |
8.3 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(7)考虑损伤的软岩流变模型及其工程应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 选题背景及研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 岩石流变力学的研究现状 |
1.2.2 岩石损伤力学的研究现状 |
1.2.3 岩石损伤流变本构模型的研究现状 |
1.3 本文的主要研究内容 |
第2章 损伤-粘弹塑性流变本构模型的建立 |
2.1 损伤演化及损伤判据 |
2.1.1 损伤演化方程 |
2.1.2 损伤判断条件 |
2.2 改进的D-P屈服准则 |
2.3 改进的西原流变损伤模型 |
2.3.1 本构模型的建立 |
2.3.2 本构模型的有限元格式 |
2.3.3 基本变量的有限元格式 |
2.4 本章小结 |
第3章 损伤流变程序开发及算法收敛性的改进 |
3.1 程序的计算理论 |
3.1.1 围岩的计算理论 |
3.1.2 锚固支护分析方法 |
3.1.3 围岩单元安全系数法 |
3.2 程序算法收敛性的改进 |
3.2.1 考虑损伤的变刚度—增量迭代法 |
3.2.2 本构方程的加速算法 |
3.3 程序的计算流程 |
3.4 本章小结 |
第4章 滇中红层软岩力学及流变参数的确定 |
4.1 滇中红层软岩室内试验 |
4.2 数值模拟计算 |
4.2.1 三维模型和初始计算条件 |
4.2.2 软岩损伤粘弹塑性力学性质 |
4.3 流变参数的确定 |
4.4 本章小结 |
第5章 工程应用 |
5.1 工程概况 |
5.2 数值模型及计算参数 |
5.2.1 数值模型 |
5.2.2 计算参数 |
5.3 初始地应力场模拟 |
5.4 毛洞开挖围岩蠕变变形破坏分析 |
5.5 预加固措施及加固效果分析 |
5.5.1 预加固处理方案的确定 |
5.5.2 预加固围岩稳定性分析 |
5.5.3 预加固导管应力分析 |
5.6 一次支护时机及支护效果分析 |
5.6.1 一次支护时机的确定 |
5.6.2 一次支护围岩稳定性分析 |
5.6.3 一次支护锚杆应力分析 |
5.7 二次衬砌时机及预留变形量的确定 |
5.7.1 二次衬砌时机的确定 |
5.7.2 隧洞开挖预留变形量的确定 |
5.8 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
附录 |
致谢 |
(8)基于3维损伤流变理论下某调压井群围岩时效稳定性研究(论文提纲范文)
1 调压井群围岩稳定性分析 |
1.1 软岩大型调压井群布置方案及工程概况 |
1.2 计算模型、力学参数及损伤蠕变本构 |
1.3 分级开挖支护工序 |
1.4 施工期围岩位移稳定性分析 |
1.5 运行期衬砌结构特性分析 |
2 结论 |
(9)含水软弱夹层非线性流变机理及其工程应用研究(论文提纲范文)
作者简历 |
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
§ 1.1 选题来源、目的和意义 |
§ 1.2 选题的国内外研究现状、发展趋势 |
§ 1.3 主要研究内容、技术路线和创新点 |
第二章 茅口组软弱夹层成因分析与基本物理特性 |
§2.1 引言 |
§2.2 峨眉山区二叠系软弱夹层成因分析 |
§2.3 茅口组软弱夹层基本物理特性试验 |
§2.4 本章小结 |
第三章 茅口组软弱夹层抗剪强度特性的环剪试验研究 |
§3.1 引言 |
§3.2 茅口组软弱夹层的环剪试验 |
§3.3 不同含水率下软弱夹层环剪特性分析 |
§3.4 试验前后试样微观结构特征差异 |
§3.5 本章小结 |
第四章 茅口组软弱夹层环剪蠕变特性的试验研究 |
§4.1 引言 |
§4.2 茅口组软弱夹层的环剪蠕变试验 |
§4.3 不同含水率下岩样环剪特性分析 |
§4.4 蠕变试验后试样环剪面微观结构特征分析 |
§4.5 本章小结 |
第五章 基于分数阶微积分的损伤流变本构模型研究 |
§5.1 引言 |
§5.2 分数阶微积分基础 |
§5.3 流变元件组合模型 |
§5.4 饱水状态(23%)下茅口组软弱夹层的流变本构模型 |
§5.5 含水率损伤下夹层损伤流变本构模型的建立 |
§5.6 本章小结 |
第六章 分数阶流变本构模型在FLAC~(3D)中的实现 |
§6.1 引言 |
§6.2 NMAP模型的二次开发差分形式 |
§6.3 FLAC~(3D)新本构模型程序开发流程 |
§6.4 DNMAP本构模型算例验证 |
§6.5 本章小结 |
第七章 峨胜矿区“1270-1380m”变形体稳定性研究 |
§7.1 峨胜石灰石矿区概述 |
§7.2 “1270-1380m”平台变形体地质概况 |
§7.3 “1270-1380m”平台变形体稳定性分析 |
§7.4 本章小结 |
第八章 结论与展望 |
§8.1 结论 |
§8.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附图1 |
(10)红层岩石蠕变特性及其非线性本构模型研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 选题背景与研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 岩石流变力学特性试验研究及理论分析 |
1.2.2 岩石流变本构模型理论研究现状 |
1.2.3 流变力学的数值模拟及工程分析现状 |
1.3 主要研究内容及技术路线 |
1.3.1 本文主要研究内容 |
1.3.2 研究方法及技术路线 |
第2章 岩石流变力学特性试验研究 |
2.1 引言 |
2.2 岩样采集及制备 |
2.3 试验方案设计 |
2.4 岩石单轴压缩试验研究 |
2.4.1 单轴压缩试验步骤 |
2.4.2 单轴压缩试验结果分析 |
2.5 岩石流变试验研究 |
2.5.1 试验加载设备 |
2.5.2 流变试验过程 |
2.5.3 流变试验结果 |
2.5.4 流变曲线处理方法 |
2.5.5 岩石长期强度确定 |
2.6 岩石蠕变破裂机制探讨 |
2.6.1 岩石流变的破裂过程及形式 |
2.6.2 岩石微观流变破裂机制探讨 |
2.7 本章小结 |
第3章 岩石材料流变本构模型研究 |
3.1 引言 |
3.2 岩石经验流变模型 |
3.2.1 典型的经验蠕变模型 |
3.2.2 经验蠕变模型的建立 |
3.2.3 经验流变模型参数的辨识 |
3.3 岩石流变元件组合模型 |
3.3.1 岩石线性流变元件组合模型 |
3.3.2 岩石非线性流变元件 |
3.3.3 岩石非线性流变元件组合模型 |
3.3.4 非线性流变元件组合卸载方程 |
3.3.5 非线性流变元件组合模型参数辨识 |
3.4 岩石损伤流变本构模型 |
3.4.1 损伤变量 |
3.4.2 损伤演化方程 |
3.4.3 岩石流变损伤本构模型的建立 |
3.4.4 损伤流变本构模型参数辨识 |
3.5 本章小结 |
第4章 夜郎河特大桥基础及其边坡时效变形数值模拟 |
4.1 引言 |
4.2 工程概况 |
4.3 三维数值计算模型 |
4.3.1 数值计算软件简介 |
4.3.2 三维数值计算网格模型建立 |
4.3.3 岩体力学参数确定 |
4.4 数值计算结果分析 |
4.5 本章小结 |
结论 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间参加的科研项目 |
四、岩石损伤流变理论模型研究(论文参考文献)
- [1]深部高温作用下双裂隙砂岩流变力学行为及破坏机理研究[D]. 唐劲舟. 中国矿业大学, 2021
- [2]含软弱夹层的层状岩体流变力学特性试验[J]. 徐卫亚,黄威,张涛,孟庆祥. 河海大学学报(自然科学版), 2020(04)
- [3]高温后砂岩流变力学特性及渗透演化规律研究[D]. 胡波. 中国矿业大学, 2019(04)
- [4]考虑损伤的西原流变模型及其工程应用研究[D]. 何晓樟. 重庆大学, 2019(01)
- [5]基于非线性损伤理论的改进CVISC模型及其在FLAC3D中实现[J]. 蒋树,文宝萍,蒋秀姿,李瑞冬,赵成. 水文地质工程地质, 2019(01)
- [6]深部复合岩层流变力学行为及其对TBM卡机灾害影响机理研究[D]. 徐鹏. 中国矿业大学, 2018(12)
- [7]考虑损伤的软岩流变模型及其工程应用研究[D]. 祁舒燕. 武汉大学, 2018(06)
- [8]基于3维损伤流变理论下某调压井群围岩时效稳定性研究[J]. 杨以荣,谢红强,肖明砾,卓莉,何江达. 工程科学与技术, 2017(S2)
- [9]含水软弱夹层非线性流变机理及其工程应用研究[D]. 马冲. 中国地质大学, 2017(01)
- [10]红层岩石蠕变特性及其非线性本构模型研究[D]. 徐达. 西南交通大学, 2016(01)