万玲[1]2004年在《岩石类材料粘弹塑性损伤本构模型及其应用》文中研究指明流变是岩石材料的重要力学特征,许多工程问题(采矿、石油开采、能源和放射性核废料的储存、边坡及地下构筑物的稳定性等)都与岩石的流变特性有密切关系。然而,随着各类岩土工程建设规模的扩大,以及对岩石类材料与工程特征认识的深入,在描述和处理材料的时间效应及其流变属性方面,尽管取得了重要的进展,但仍存在许多亟待解决的问题。本文对盐岩和泥岩试件进行了系统的蠕变试验,根据非经典塑性理论建立了岩石类材料的粘弹塑性损伤本构模型,发展了相应的数值分析方法。对泥岩和盐岩在不同温度常规叁轴应力状态下的蠕变损伤特性进行了分析。同时对素混凝土、纤维增强混凝土在复杂加载史下的损伤行为和寿命进行了计算。在实验方面,为了有效地对岩石进行蠕变试验,自行研制了一套能进行常规叁轴蠕变试验、并能考虑温度影响的岩石叁轴蠕变仪。该装置结构简单、操作方便。可提供 60kN 的轴向压力、80MPa 的围压和 150°C 的最大加热温度。利用所研制的叁轴蠕变仪,对泥岩进行了系统的单轴和叁轴蠕变试验,试验中考虑了轴压σ1 和围压σ3 对蠕变的影响。结果表明,当围压σ3 一定时,轴向应力σ1 增加,蠕变加快,在稳态蠕变阶段的应变率增大,试件的寿命缩短。而当应力差?σ =σ1–σ3 保持不变时,围压σ3 增加,蠕变减慢,稳态蠕变阶段的应变率也减小,试件的寿命增加。通过对盐岩进行的不同温度和应力水平下的叁轴蠕变试验表明,在围压σ3 和温度 T 不变时, 轴压σ1 对蠕变和蠕变率的影响与泥岩相同。随着温度的增加,蠕变应变增大,稳态蠕变应变率也相应增大。研究表明岩石的蠕变特性除与应力水平、温度、载荷的加载方式有关外、还与岩石结构、湿度、岩石材料本身所具有的粘性性质和赋存条件等因素有关。在理论方面,根据连续介质力学基本理论,基于含内变量的不可逆热力学和连续介质损伤力学,通过在不可逆应变和牛顿时间所构成的空间中合理的定义广义时间、引入四阶各向异性损伤张量,建立了岩石类材料的粘弹塑性损伤本构模型。该模型能够考虑复杂应力状态下材料的响应特性,各向异性损伤及其损伤的方向特征,静水压力和温度的影响,基于不同机制的不可逆变形间的相互作用,劣化规律和失效模式等。能对剩余强度、刚度、剩余寿命等进行分析和预测。重要的是,所建立的模型不以屈服面的存在为基本前提,但可获得含屈服面的情形作为其特例;在蠕变变形与塑性变形的描述方面,不采用分离型的方法分别对他们进行描述,而将两种变形均视为由热激活导致的不可逆变形并在此基础上发展 I
王登科[2]2009年在《含瓦斯煤岩本构模型与失稳规律研究》文中进行了进一步梳理我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一。近年来,随着开采深度的增加、瓦斯压力的增大和开采条件的日趋复杂,煤与瓦斯突出发生的强度及造成的伤亡不断增长,煤与瓦斯突出的预测和防治工作形势十分严峻。煤与瓦斯突出机理的综合作用假说表明,煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯压力和煤岩的物理力学性质叁者的综合作用结果。在煤与瓦斯突出过程中,主要是含瓦斯煤岩的力学性质、蠕变特性以及渗透特性对突出的发生和发展在起作用。因此研究与这些内容相关的含瓦斯煤岩的本构模型及破坏准则,对进一步揭示煤与瓦斯突出机理和防治煤与瓦斯突出有着十分重要的作用。本文基于前人的研究成果,利用实验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法,旨在建立符合含瓦斯煤岩特性的本构模型和失稳准则,并利用实验结果对之进行验证。本文的主要研究成果如下:①利用自主研制的含瓦斯煤岩叁轴蠕变瓦斯渗透装置与材料试验机组成的实验系统,对含瓦斯煤岩的力学性质、蠕变特性和渗透特性进行了系统深入的实验研究。在含瓦斯煤岩力学性质的实验研究中,分析了围压和瓦斯压力对含瓦斯煤岩变形特性和抗压强度的影响,得出了相关规律;分析总结出了含瓦斯煤岩叁轴压缩下的破坏形式。在含瓦斯煤岩蠕变特性的实验研究中,根据实验结果总结出了含瓦斯煤岩蠕变规律;详细分析了含瓦斯煤岩衰减蠕变阶段和稳态蠕变阶段的蠕变变形和蠕变速率,得到了偏斜应力、围压和瓦斯压力叁者对蠕变速率的影响规律;分析总结出了含瓦斯煤岩加速蠕变阶段的启动条件及该阶段的蠕变速率特征。在含瓦斯煤岩渗透特性的实验研究中,根据实验结果总结出了围压和瓦斯压力对含瓦斯煤岩渗透率的影响规律,分析了Klinkenberg效应和应力-应变全过程对含瓦斯煤岩渗透率影响,并得出了一些有价值的分析结果。②基于实验结果,利用模型辨识方法得到了描述含瓦斯煤岩粘弹性流变特性的最适合流变模型为伯格斯体;提出了一种能反映含瓦斯煤岩加速蠕变的改进的粘弹塑性模型,将之与伯格斯体一起组成了一维含瓦斯煤岩的非线性粘弹塑性流变模型,进而推导得出了含瓦斯煤岩叁维非线性粘弹塑性流变模型,并利用实验结果进行了验证;利用常微分解的稳定性理论,对含瓦斯煤岩非线性粘弹塑性流变模型进行了稳定性分析,得到了含瓦斯煤岩的流变失稳条件。③在不可逆热力学框架内,利用连续介质损伤力学方法建立了用以描述含瓦斯煤岩的弹塑性变形、瓦斯吸附效应、体积膨胀、围压敏感、弹性模量的退化、各向异性损伤、应变强化及软化、非关联塑性流动等物理现象及力学行为的弹塑性耦合损伤本构模型,并对之进行了实验验证。④在多孔介质有效应力原理中引入了煤岩吸附瓦斯的膨胀应力,建立了含瓦斯煤岩的固气耦合动态模型,该模型不但考虑了含瓦斯煤岩在变形过程中孔隙度和渗透率的动态变化特征,而且还反映了瓦斯气体可压缩性和煤岩骨架可变形的特点,从而更真实全面地反映了含瓦斯煤岩的固气耦合效应;利用COMSOL-Multiphysics有限元软件根据所提出的含瓦斯煤岩的固气耦合本构模型建立了有限元模型,得到了含瓦斯煤岩固气耦合动态模型的数值解,同时还分析了Klinkenberg效应对含瓦斯煤岩渗透率的影响。⑤利用初等突变理论建立了基于试验机-试样分析系统的含瓦斯煤岩蠕变破坏的尖点突变失稳模型,得出叁轴压缩条件下含瓦斯煤岩蠕变失稳破坏条件。⑥在总结国内外关于岩石类材料的强度准则及实验结果基础上,提出了一种符合含瓦斯煤岩叁轴应力条件下变形的强度判据,该判据不但能描述叁轴压缩下中间主应力的影响及含瓦斯煤岩非线性应变强化特征,而且还可以描述含瓦斯煤岩的拉伸破坏。
王晓波[3]2016年在《岩石材料的蠕变实验及本构模型研究》文中进行了进一步梳理流变学作为力学的一个分支,主要研究材料在应力、应变、温度、辐射等条件下与时间因素有关的变形规律,所涉及的内容包括蠕变、应力松弛和弹性后效等。蠕变是影响岩体稳定性的一个重要因素。软弱岩石在受到较低水平的应力作用时,就会产生明显的蠕变现象,如软岩巷道中的底鼓,即使是很坚硬的岩体,在高应力作用下同样会产生蠕变,从而影响到工程的功能和使用。因此,需要对岩石材料的蠕变行为进行深入研究,力求从本质上揭示其蠕变行为的特征。本文通过实验研究和理论分析,得到了盐岩的基本力学参数,并研究了盐岩在不同应力条件下的力学特性和蠕变行为。以经典蠕变模型为基础,结合分数阶微积分理论,构建了一个新的蠕变模型,并利用盐岩、泥岩和煤岩的蠕变实验数据对其进行了验证。(1)对盐岩材料进行了多组单轴和叁轴压缩实验,并在每组实验中选取叁个试样重复进行实验,以此来降低实验的随机性和试样个体的差异性。结果叁个试样的测试结果比较接近,此批试样的个体差异性较小。此外,常规压缩实验的结果还表明随着围压的增大,抗压强度和最大应变会随之增大。(2)在单轴蠕变实验中,选取了四个轴压水平来进行实验,分析了不同轴压对蠕变的影响。当轴压水平越大时,加速蠕变阶段就会越早地出现,并且稳定蠕变应变率也会越大。与单轴蠕变相比,当材料受到一个较小的围压作用时,其蠕变行为也会发生巨大的变化,例如蠕变应变率大幅下降、蠕变时间大幅增长、加速蠕变阶段缺失等。(3)通过分析不同应力条件下的蠕变应变率可以发现,稳定蠕变应变率与轴压大小呈线性关系,加速蠕变应变率与轴压大小也呈现出正相关性。此外,蠕变等时曲线表明随着时间的延长,轴压大小对蠕变的影响会越来越明显。相反,围压会明显地降低蠕变应变率并抑制蠕变行为的发展。(4)结合分数阶微积分理论构建了一个新的非线性蠕变模型,并利用广义塑性力学理论和张量分析理论对新模型在叁轴应力状态下的蠕变方程进行了推导。以盐岩实验数据为基础,对蠕变模型的参数进行了辨识,并验证了模型的准确性。此外,利用泥岩和煤岩的蠕变实验数据对模型的适用性进行了验证,结果表明新模型可以应用于模拟多种岩石材料的蠕变全过程,具有较为广泛的适用性。
唐皓[4]2014年在《大理岩瞬时及流变力学特性与本构模型研究》文中研究表明本文通过对大理岩进行不同应力加载速率下的常规单轴压缩试验与不同初始加载应力下的单轴蠕变试验，研究了大理岩瞬时及流变力学特性，并在其力学特性基础上分别研究了考虑应力加载速率的瞬时本构模型与大理岩流变本构模型。在瞬时力学研究中，作者设计了五个级别的应力加载速率并对大理岩实施了各应力加载速率下的单轴压缩试验，分析了不同应力加载速率下大理岩变形特征、强度特征、破坏特征及能量交换特征。分析结果表明，应力加载速率的提高对大理岩的力学性质具有增强效应。当应力加载速率增大时，大理岩变形模量增大，强度增大，脆性增强。基于应力加载速率对大理岩力学性质增强效应，应用统计损伤力学与BP神经网络技术分别构建考虑应力加载速率影响的瞬时本构模型。两种模型各自具有相应的优点。统计损伤模型不仅考虑了应力加载速率效应，同时从损伤的角度展示了大理岩破坏的机制。而BP神经网络模型则具有快速建模且较强的工程实用性特点。在大理岩流变力学研究中，作者首先设计并实施了不同初始加载应力，相同加载应力增量与相同单级持续时间的单轴分级加载蠕变试验。蠕变曲线反映了大理岩作为脆性岩石具有的非线性流变特征。通过对蠕变曲线的深入分析，总结了四种具有代表性的大理岩变形方式，并提出了“加速临界应力区间”、“负蠕变”及“等速临界应力”等概念，同时对其进行了初步探讨。在对大理岩蠕变变形的速率特征、长期强度计算与特征、破坏特征分析的基础上总结了不同的初始加载应力对其变形及破坏具有的影响。其次对蠕变破坏大理岩断口与切片进行了微细观观察试验，对破坏断口的微观花样与切片裂纹的展布及形态进行了分析，并在此基础上对大理岩蠕变破坏机制进行了探讨，得出大理岩蠕变破坏遵循原始裂纹缺陷的加载损伤试样内部非协调变形损伤加剧裂纹扩展壮大宏观劈裂伴生剪切破坏的发展模式。再次，基于分数阶微积分理论的数学优势，用分数阶微积分构建了大理岩流变模型，并应用损伤力学及非线性粘滞理论对模型进行了改进，得到了可反映大理岩非线性流变特征的变参数蠕变损伤模型。基于大理岩加速蠕变阶段的特点，提出了两个非线性粘滞元件，将其与分数阶微积分元件联合建模，得到了两个可反映大理岩整体流变特征的四元件模型。基于流变本构模型实用性原则，本文从改进一种弹塑性体元件入手，联合分数阶微积分元件，构建了一种新的、实用的及简洁的叁元件模型。模型经过验证其具有较好的模拟精度与推广性。最后，基于支持向量机学习技术的发展优势，将其引入岩石流变本构模型研究中。在简述了支持向量机特点的基础上构建了分别加载下岩石流变的支持向量机模型。模型经过验证具有较高的模拟精度与快速工程应用特性。
韦立德[5]2003年在《岩石力学损伤和流变本构模型研究》文中提出本文采用几何损伤理论和能量损伤理论对岩石的力学特性进行了研究和建模探索，并探讨了瞬时损伤对流变的影响。主要工作内容如下： (1) 在假设无损岩石的应变和岩石总应变相等的基础上完善了岩石的统计损伤本构模型推导，实现了损伤演化方程中全部采用有效应力假设和探讨了损伤和塑性变形耦合问题。 (2) 探讨了用损伤统计本构模型模拟应力应变曲线第一阶段稍向上弯曲特征建模问题，采用混合物理论探讨了非损伤岩石、损伤和液相的耦合问题和模拟应力应变曲线第一阶段稍向上弯曲特征建模问题。 (3) 探讨了采用各向同性介质中的Eshelby等效夹杂理论建立岩石的弹塑性损伤统计本构模型的建模问题。 (4) 探讨了采用各向同性介质中的Eshelby等效夹杂理论和连续介质损伤力学方法建立考虑损伤、损伤塑性变形和非损伤岩石塑性变形耦合的岩石损伤本构模型的建模问题。考虑损伤、损伤塑性变形和非损伤岩石塑性变形耦合的岩石损伤本构模型的建模问题还处于探索阶段，本文探讨了用细观力学理论实现了损伤、损伤塑性变形和非损伤岩石塑性变形耦合的岩石损伤本构模型的建模问题。 (5) 在探导岩石颗粒间粘聚力和颗粒间摩擦力在岩石发生流变过程中的作用基础上假设粘性失效按流变应变统计概率分布，建立了岩石粘弹塑性本构关系，能够描述岩石蠕变加速阶段特征；讨论了瞬时损伤对岩石流变的影响和相应的损伤蠕变模型建模问题。 (6) 在采用各向同性介质中的Eshelby等效夹杂理论和连续介质损伤力学(CDM)方法建立的岩石损伤本构模型基础上利用对应性原理建立了岩石材料的损伤粘弹性本构关系。 (7) 在用岩石中大小、方位和位置均为随机分布的裂纹定义损伤变量基础上，利用线粘弹性断裂力学原理对考虑裂纹内水压的岩石的损伤蠕变问题进行了建模和分析。
蔡灿[6]2014年在《砂岩的动静态损伤本构模型及牙齿破岩机理研究》文中进行了进一步梳理钻头高效破岩问题一直是钻头设计与油气钻井技术的重要基础,解决这个问题有两种殊途同归的方案：研究钻头结构、制造以及动力学问题；研究岩石的物性、破碎特点及破碎方法。前者在油气工业发展的近两百年得到了广泛的重视和显着地发展,而后者有许多问题至今仍难以解决。作为钻头破碎的对象,岩石是大自然孕育的材料,具有多尺度的原生裂隙、孔洞、微裂纹、随机概率分布的物性参数、各向异性的力学特性以及在动静载荷下截然不同响应。本文以油气藏中广泛分布的砂岩为例,依托国家自然基金项目“单次冲击加卸载后岩石的全程动态应力应变关系研究与应用”,从砂岩的微观特性、随机特性和动静态力学响应出发,建立符合油气工业的砂岩宏观损伤本构模型,分别采用ANSYS和LS-DYNA对动静态损伤本构模型进行了二次开发,结合实验研究,应用自定义损伤本构模型深入认识砂岩在牙齿动静载荷下的破碎机理。本文在岩石力学、岩石破碎学、冲击动力学及有限元方法与二次开发方面做了许多开创性的工作,具体内容如下：(1)对解决高效破碎岩石问题的两种研究思路进行了总结,提出研究高效破岩的反方向出发点——研究岩石特性以达到高效破岩目的。首次对影响破岩的岩石特性进行了分类,并论述了岩石特性研究与钻头设计之间的多重关系。重点对岩石的损伤、原生孔隙、不同载荷下的应变率效应以及不同应力状态下的破碎形式进行了分析和总结。(2)基于岩石“孔隙-颗粒-胶结物”的显微图,提出含孔隙度的岩石骨架微元体模型,采用岩石弹塑性力学推导得到基于孔隙度的损伤演化和岩石静态损伤本构模型,利用某井砂岩对该模型进行了实验验证。采用ANSYS接口对该本构模型进行二次开发,采用单齿压入试验验证自定义损伤本构程序。提出了一种基于自定义损伤本构的破碎比功模型,使用该比功模型评价牙齿的多次破岩效果。(3)考虑实际钻井中岩石受到的冲击速度范围与应变率,提出了钻具破碎岩石是中低应变率响应。通过并联Bingham体、Maxwell体和损伤体建立了砂岩在中低应变率下的动态损伤本构模型,并利用实验对模型进行了验证。采用LS-DYNA软件接口,对将该动态损伤进行了自定义损伤本构模型的二次开发。通过与砂岩岩样的单轴实验数据的对比分析,验证了本文自定义动态概率型损伤本构模型的正确性。(4)分析了牙轮钻头、PDC钻头及冲旋转头叁种典型钻具中的动载荷破岩机理,基于牙齿冲击破岩的实验现象,考虑牙齿冲击的中低速度和岩石围压效应,修正了球形空腔膨胀理论模型。利用相似理论和MATLAB软件对模型中的压实区、开裂区和弹性区分区求解,并得到了相应的理论解和数值解。采用LS-DYNA软件和自定义概率损伤本构模型,对单齿中低速度冲击破岩进行了仿真分析,得到了牙齿与岩石的动力学变化规律,分析了在牙齿不同冲击速度下的岩石破碎坑、应力、孔隙度和损伤的变化。
夏旺民[7]2005年在《黄土弹塑性损伤本构模型及工程应用研究》文中研究指明本文通过不同初始含水量的Q4黄土及不同初始含水量和干容重的重塑黄土常规叁轴、高压固结、湿陷和增湿试验,深入分析了黄土的变形强度特性、结构性以及湿陷和增湿变形特性,在此基础上建立了体现黄土结构性的弹塑性损伤本构模型,编制了黄土的入渗和弹塑性损伤平面有限元程序,对-自重湿陷黄土浸水试坑进行了数值分析。通过研究,本文主要取得了如下一些有益的成果:通过对Q4黄土和重塑黄土的常规叁轴、高压固结、湿陷和增湿试验的数据分析,在充分认识黄土的变形强度特性、湿陷和增湿变形特性的基础上提出了一种用原状黄土、重塑饱和黄土割线模量表示的黄土结构性参数。该参数可以较好反映黄土在加载和增湿作用下结构变化和破损的过程。根据热力学和连续损伤力学理论以及黄土在加载和增湿作用下的能量转换过程,提出了黄土的损伤变量、加载损伤和增湿损伤的定义以及它们之间关系,提出了由塑性、加载损伤和增湿损伤叁部分组成的黄土弹塑性损伤本构模型的基本构架。其中,首次提出黄土的增湿损伤变量的定义及与含水量有关的增湿损伤等效能量指标,描述增湿损伤的演化过程;参照Simo提出的能量指标概念,定义黄土的加载损伤的能量指标,并通过黄土加载过程中的结构破损、力学和强度指标的劣化分析,确定黄土的加载损伤演化方程;结合以塑性功为硬化参数的椭圆形屈服面,根据相关联流动法则及损伤理论推导出了黄土弹塑性损伤本构模型。将模型计算结果与试验数据比较,表明该模型可以模拟黄土的不同应力应变曲线类型,并可以通过损伤变量来控制应力应变曲线的转型,同时还可以模拟黄土的增湿变形和湿陷变形过程;计算结果与试验数据基本接近,只是低含水量情况下的计算结果稍有差异。摘要早鱼旦皿口且口里旦皿胆里旦旦旦旦 根据黄土的入渗特点和非饱和土渗流理论,运用Mat lab有限元工具箱编制了黄土入渗的平面有限元程序,计算结果符合实际。同时根据弹塑性损伤本构模型和非线性有限元理论,运用matlab有限元工具箱还编制了可以考虑加载和增湿条件的黄土弹塑性损伤平面有限元程序。最后将入渗程序和弹塑性损伤程序结合对一自重湿陷黄土浸水试坑进行数值分析,表明程序计算结果符合黄土的湿陷和增湿变形发展实际过程。同时可以根据计算损伤变量的分布规律可以预测黄土的湿陷变形区的发展范围.程序可用于各种黄土工程变形与稳定问题的计算,为黄土的加载变形特性、湿陷和增湿特性研究的验证提供了一种新的途径和方法.关键词:黄土结构性参数增湿损伤加载损伤弹塑性本构模型 非线性有限元
刘用海[8]2008年在《宁波软土工程特性及其本构模型应用研究》文中指出改革开放以来,随着经济社会的迅猛发展,软土地区城市基础设施、民用建筑等各类工程建设不断涌现,与地基沉降、稳定相关的大量岩土工程问题往往成为制约工程建设的技术难题,对区域性软土开展研究,了解掌握其工程特性对工程建设和经济社会发展具有重要的理论意义和工程实际价值。作为我国首批对外开放的东南沿海重要港口城市和长江叁角洲南翼经济中心,宁波区域的发展潜力巨大。对宁波软土的现有研究尚难以满足经济社会快速发展的需求,为此,本文在前人工作基础上,通过调查研究、现场测试、室内土工试验和数值分析,对宁波软土的工程特性和本构模型方面开展研究,主要工作有以下几个方面。一、宁波软土工程特性调查分析。基于收集到的宁波城区地质资料和百余项工程地质勘察报告,归纳整理该区的工程地质概况,总结宁波软土工程特性;采用概率统计方法分析宁波软土各土性参数的空间变异规律,建立各物理力学指标经验关系;根据土的物理力学指标对比,从地质成因、颗粒级配、矿物成分以及微观结构等四个方面分析宁波软土与其它地区软土差异的原因。二、土工试验参数确定方法改进研究。基于Casagrande方法,采用叁次多项式和最小二乘法回归拟合压缩曲线,通过数学方法确定先期固结压力,并编写程序实现求解过程;依据时间平方根法求解固结系数原理,采用最小二乘法拟合并从图形学角度分析其计算精度,在已有的商用土工试验数据处理软件平台上开发一个可视化界面程序。叁、宁波软土工程特性试验研究。通过室内24组固结压缩试验和70组叁轴剪切试验,系统研究宁波软土的应力历史、结构性、蠕变特性以及应力应变影响因素,同时通过相关试验成果的对比分析提出宁波软土工程特性的特点。四、宁波软土本构模型选取比较研究。由室内试验提供Mohr-Coulomb、Drucker-Prager以及修正剑桥叁种模型的计算参数,采用有限元软件ABAQUS进行数值计算,对比分析数值计算结果与试验测试数据,确定修正剑桥模型更适合宁波软土,并分析该模型中计算参数的敏感度。五、宁波软土本构模型研究。引入结构损伤变量,在沈珠江提出的岩土损伤力学理论和修正剑桥模型基础上建立扩展的弹塑性损伤模型及其参数确定方法;结合蠕变试验,引入滞后塑性变形概念,将非弹性应变分为瞬时塑性应变和滞后塑性应变,建立扩展的宁波软土弹粘塑性本构模型及其参数确定方法,其瞬时塑性应变分量采用修正剑桥模型求取,滞后塑性应变分量包括体积蠕变和剪切蠕变两部分,分别采用Taylor次固结体积蠕变模型和Mersi剪切蠕变模型;介绍宁波软土弹塑性损伤模型、弹粘塑性模型在ABAQUS有限元程序平台上的UMAT子程序开发流程。六、宁波软土弹塑性损伤模型应用研究。采用所开发的弹塑性损伤模型UMAT子程序,对室内固结压缩试验和某堆载预压试验工程进行数值分析,对模型开展应用研究。
夏旺民[9]2002年在《黄土的软化本构模型》文中研究指明本文通过对洛惠渠五洞Q_1黄土进行常规叁轴试验，分析和探讨黄土变形强度特性，建立Q1黄土的软化本构模型，这不仅为洛惠渠五洞的简易盾构法施工的力学响应分析及其施工优化提供了最基本，最需要的计算条件，而且为当前土力学研究的热点——土的软化本构模型拓展了新的思路。通过研究，本文主要取得了如下一些有益的成果： 首先，通过常规叁轴试验揭示了Q1黄土的应力应变软化和剪胀特性。对软化型应力应变曲线提出用驼峰曲线模拟，对体变曲线也提出用能反映剪胀的驼峰曲线模拟，建立了Q1黄土的非线性弹性K、G模型。作流线和势线，揭示了势线的硬化部分和软化部分具有相同的椭圆曲线形式，采用椭圆来表示塑性势函数，以求待定塑性功函数为硬化参数的方法建立了Q1黄土的软化型弹塑性本构模型。 从热力学定律和内变量理论出发，在对常规叁轴试验数据和土样的破坏特性分析的基础上，认为土体在受力过程中将产生弹性变形、塑性变形和不可逆损伤变形。假定两类不可逆变形都服从Drucker公设，根据试验数据确定以塑性功为硬化参数的塑性加载函数。认为损伤主要由于剪切产生，假定损伤势函数与塑性部分的塑性剪应变等值线具有相同的形式，通过试验数据拟合得到损伤势函数，然后根据损伤理论推导建立Q1黄土的弹塑性损伤本构模型。 最后，将叁种模型的计算曲线与试验曲线进行比较，表明叁种模型均能模拟土的软化和剪胀特性。非线性模型可以模拟峰值前的硬化部分，但不能很好模拟软化段较陡的降落；弹塑性模型基本能够模拟土体变形的全过程，但对软化段的模拟有一定偏离不如硬化段好；弹塑性损伤模型模拟土的变形特性效果最好，可以对土的 西安理工大学硕士学位论文一变形全过程较好的模拟，并能根据损伤变量的大小和变化定量评价土体在不同变形阶段的破坏程度。
张军[10]2016年在《围压条件下含水砂岩的动态力学性能试验研究》文中进行了进一步梳理地下工程岩体处于复杂的地质力学环境中,其力学性质受地下水、地应力及外界载荷等因素影响较大。针对以往试验因素单一的不足,本文进行了考虑含水率、应变率和围压叁因素耦合作用下砂岩静态、动态力学性能的试验研究。试验以常见的红砂岩为研究对象,通过真空抽气法快速制备含水砂岩岩样,在RMT301岩石与混凝土力学试验系统上进行了含水砂岩中低应变率下的单轴和叁轴压缩试验,利用带有主动围压装置的SHPB试验设备进行了含水砂岩在高应变率下的压缩试验,研究了围压、应变率和含水率对岩石静态、动态力学性能的影响规律,并探讨了叁因素之间的相互影响关系,然后在现有理论的基础上提出一种考虑围压、应变率和含水率的砂岩动态损伤本构模型。该研究成果可为其他类型的脆性材料力学性能的研究提供参考。(1)通过对含水砂岩在中低应变率下的单轴和叁轴压缩试验结果进行分析可知,围压、应变率和含水率对砂岩静态力学性质的影响均表现为:围压硬化效应、应变率强化效应和含水弱化效应。单轴压缩时砂岩的强度、峰值应变及弹性模量与含水率、应变率有较好的拟合关系,叁轴压缩时围压与砂岩力学参数亦有较好拟合关系。叁因素之间存在一定的相互影响关系,整体来说,围压的增大,减小了含水弱化效应和应变率强化效应;含水率的增大,加强了围压硬化效应,削弱了应变率强化效应;应变速率的增大,削弱了围压硬化效应,加强了含水弱化效应。(2)通过对高应变率下含水砂岩SHPB试验结果进行分析,岩石等脆性材料的抗压强度和韧性随围压增大而提高,并具有向延性转化的特点,显示出较强的围压效应;在同等级围压下,砂岩的峰值应变与峰值强度的变化表现出较强的应变率相关性,且动态强度随应变率的增加而近似线性增长,动态强度增长因子与应变率的对数呈近似线性关系;砂岩动态强度与含水率之间存在较好的线性相关性。(3)通过对砂岩动态试验结果和现有本构理论的研究,提出一种考虑围压、应变率和含水率的砂岩动态损伤本构模型,该模型与试验曲线拟合较好。
参考文献：
[1]. 岩石类材料粘弹塑性损伤本构模型及其应用[D]. 万玲. 重庆大学. 2004
[2]. 含瓦斯煤岩本构模型与失稳规律研究[D]. 王登科. 重庆大学. 2009
[3]. 岩石材料的蠕变实验及本构模型研究[D]. 王晓波. 重庆大学. 2016
[4]. 大理岩瞬时及流变力学特性与本构模型研究[D]. 唐皓. 长安大学. 2014
[5]. 岩石力学损伤和流变本构模型研究[D]. 韦立德. 河海大学. 2003
[6]. 砂岩的动静态损伤本构模型及牙齿破岩机理研究[D]. 蔡灿. 西南石油大学. 2014
[7]. 黄土弹塑性损伤本构模型及工程应用研究[D]. 夏旺民. 西安理工大学. 2005
[8]. 宁波软土工程特性及其本构模型应用研究[D]. 刘用海. 浙江大学. 2008
[9]. 黄土的软化本构模型[D]. 夏旺民. 西安理工大学. 2002
[10]. 围压条件下含水砂岩的动态力学性能试验研究[D]. 张军. 河南理工大学. 2016
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