基于统计损伤原理的岩石加速蠕变模型研究
发布时间：2022-02-10 15:42
针对现有蠕变理论模型无法较好地描述岩石黏塑性阶段的加速蠕变特性及如何确定岩石加速蠕变阶段的启动条件等问题,对取自阜新恒大煤矿深部围岩开展了室内三轴蠕变试验,分析了岩石在蠕变变形规律。为了使建立的模型不仅较好地描述岩石蠕变特性,也可以较好与经典蠕变曲线各阶段相对应,通过经典的蠕变变形示意定义了各个分段临界点的指标,进而建立了一种考虑加速蠕变变形的新型岩石黏弹塑性蠕变模型。结果表明:在考虑岩土类内部缺陷发育的基础上,采用统计损伤理论来构建岩石加速蠕变模型,使得试验曲线也与模型曲线具有良好的吻合度,说明了基于统计损伤原理建立的岩石加速蠕变模型,来反映岩石蠕变全过程曲线是正确的;这也证明了采用统计损伤变量和经典蠕变曲线定义的临界点指标的正确性。岩石蠕变加载过程也是一种岩石内部微元体损伤破坏的过程,在材料微观结构上表现为不可逆性。通过将蠕变曲线分阶段,来定义分段临界点的损伤变量的表达形式,结合统计损伤理论和Perzyna黏塑性模型,对传统的西原体模型进行适当的改进,建立非线性蠕变损伤模型,从而更好地体现了损伤受岩石内部应力应变状态影响和损伤演化规律。
【文章来源】：岩土工程学报. 2020,42(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
西原模型Fig.1Nishiharamodel1E
?臣扑鹕肆ρ?遣捎貌牧夏诓克鹕宋?元与微元总个数的比值来描述材料的损伤程度，故可以采用损伤力理论来反映黏塑性蠕变阶段屈服函数劣化规律，以及描述岩石黏塑性蠕变变形的特性。笔者采用图2所示的蠕变变形分段示意，来定义各个分段临界点的指标。当岩石由衰减蠕变阶段进入到稳定蠕变阶段时，对应的蠕变时间为t1，内部损伤破坏微元体为N1（下限值为N1*）；当岩石由稳定蠕变阶段进入到加速蠕变阶段时，对应的蠕变时间为t2，内部损伤破坏微元体为N2（下限值为N2*）。图2蠕变分段临界示意图Fig.2Criticaldiagramofcreepsegmentation选用Weibull分布来对岩石的微元强度体进行描
比值来表示，即fNDN。(9)将式（4），（5）和式（9）代入到式（8）中，进行化简得到*0*vp2*111exp((()/)()nFFDDD），(10)式中，D1为临界点岩石产生微元损伤个数为N1*时的损伤变量值，*为有效应力。结合图2蠕变分段的定义可知，当蠕变时间为t1时，对应岩石内部损伤变量为D1（下限值为D1*）；当蠕变时间为t2时，对应内部损伤变量为D2（下限值为D2*）如图3所示。图3改进的蠕变分段临界示意图Fig.3Criticaldiagramofimprovedcreepsegmentation岩石的应力与有效应力之间的关系可以表示为*/(1D)。(11)则可以得到岩石内部微元体的屈服函数为*F()F()/(1D)。(12)基于统计损伤力学理论的黏塑性应变率模型可以表示为0*vp2*111exp((/(1)/))()nDFDDD。(13)岩石蠕变应变可以表示为应力和时间的函数，在岩石蠕变试验中，由于施加荷载是固定的，故蠕变应变只是关于时间变化的函数。因此，在考虑岩石应力损伤的条件下，岩石的黏塑性蠕变应变为vp()()1ttD，，(14)式中，vp为黏塑性蠕变应变，(t)为关于时间的蠕变应变函数。根据岩石黏塑性应变与时间的变化规律可知[14]，可以采用多项进行无线逼近黏塑性蠕变应变与时间曲线为01()()ikiktftaatatat(k=0～M)，(15)式中，f(t)为关于时间的多项式函数，i为多项式的幂次，ai为常数。当蠕变时间t=t1～t2时，蠕变应变为?
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑裂隙塑性的岩石非线性分数阶蠕变模型[J]. 梅胜尧,王伟,秦志军,朱其志,王豫宛,周倩瑶. 河海大学学报(自然科学版). 2019(06)
[2]甘肃天水泥岩剪切蠕变行为及其模型研究[J]. 张泽林,吴树仁,王涛,辛鹏,梁昌玉. 岩石力学与工程学报. 2019(S2)
[3]软岩现场流变试验及非线性分数阶蠕变模型[J]. 刘泉声,罗慈友,彭星新,刘鹤,陈磊,潘玉丛. 煤炭学报. 2020(04)
[4]基于力学参数时效性的非定常蠕变模型[J]. 张树光,刘文博,陈雷,孙博一. 中国矿业大学学报. 2019(05)
[5]一种基于能量耗散理论的岩石加速蠕变模型[J]. 刘文博,张树光,李若木. 煤炭学报. 2019(09)
[6]参数非定常的软岩非线性黏弹塑性蠕变模型[J]. 刘开云,薛永涛,周辉. 中国矿业大学学报. 2018(04)
[7]含水状态下软岩蠕变试验及损伤模型研究[J]. 杨秀荣,姜谙男,江宗斌. 岩土力学. 2018(S1)
[8]片麻岩蠕变特性试验研究[J]. 梁冰,张涛,王俊光,李刚,武鹏飞. 实验力学. 2018(03)
[9]岩石非定常Burgers蠕变模型及其参数识别[J]. 韩阳,谭跃虎,李二兵,段建立,濮仕坤. 工程力学. 2018(03)
[10]基于修正Mohr-Coulomb屈服准则的冻结砂土损伤本构模型[J]. 张德,刘恩龙,刘星炎,张革,尹霄,宋丙堂. 岩石力学与工程学报. 2018(04)
本文编号：3619099
【文章来源】：岩土工程学报. 2020,42(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
西原模型Fig.1Nishiharamodel1E
?臣扑鹕肆ρ?遣捎貌牧夏诓克鹕宋?元与微元总个数的比值来描述材料的损伤程度，故可以采用损伤力理论来反映黏塑性蠕变阶段屈服函数劣化规律，以及描述岩石黏塑性蠕变变形的特性。笔者采用图2所示的蠕变变形分段示意，来定义各个分段临界点的指标。当岩石由衰减蠕变阶段进入到稳定蠕变阶段时，对应的蠕变时间为t1，内部损伤破坏微元体为N1（下限值为N1*）；当岩石由稳定蠕变阶段进入到加速蠕变阶段时，对应的蠕变时间为t2，内部损伤破坏微元体为N2（下限值为N2*）。图2蠕变分段临界示意图Fig.2Criticaldiagramofcreepsegmentation选用Weibull分布来对岩石的微元强度体进行描
比值来表示，即fNDN。(9)将式（4），（5）和式（9）代入到式（8）中，进行化简得到*0*vp2*111exp((()/)()nFFDDD），(10)式中，D1为临界点岩石产生微元损伤个数为N1*时的损伤变量值，*为有效应力。结合图2蠕变分段的定义可知，当蠕变时间为t1时，对应岩石内部损伤变量为D1（下限值为D1*）；当蠕变时间为t2时，对应内部损伤变量为D2（下限值为D2*）如图3所示。图3改进的蠕变分段临界示意图Fig.3Criticaldiagramofimprovedcreepsegmentation岩石的应力与有效应力之间的关系可以表示为*/(1D)。(11)则可以得到岩石内部微元体的屈服函数为*F()F()/(1D)。(12)基于统计损伤力学理论的黏塑性应变率模型可以表示为0*vp2*111exp((/(1)/))()nDFDDD。(13)岩石蠕变应变可以表示为应力和时间的函数，在岩石蠕变试验中，由于施加荷载是固定的，故蠕变应变只是关于时间变化的函数。因此，在考虑岩石应力损伤的条件下，岩石的黏塑性蠕变应变为vp()()1ttD，，(14)式中，vp为黏塑性蠕变应变，(t)为关于时间的蠕变应变函数。根据岩石黏塑性应变与时间的变化规律可知[14]，可以采用多项进行无线逼近黏塑性蠕变应变与时间曲线为01()()ikiktftaatatat(k=0～M)，(15)式中，f(t)为关于时间的多项式函数，i为多项式的幂次，ai为常数。当蠕变时间t=t1～t2时，蠕变应变为?
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑裂隙塑性的岩石非线性分数阶蠕变模型[J]. 梅胜尧,王伟,秦志军,朱其志,王豫宛,周倩瑶. 河海大学学报(自然科学版). 2019(06)
[2]甘肃天水泥岩剪切蠕变行为及其模型研究[J]. 张泽林,吴树仁,王涛,辛鹏,梁昌玉. 岩石力学与工程学报. 2019(S2)
[3]软岩现场流变试验及非线性分数阶蠕变模型[J]. 刘泉声,罗慈友,彭星新,刘鹤,陈磊,潘玉丛. 煤炭学报. 2020(04)
[4]基于力学参数时效性的非定常蠕变模型[J]. 张树光,刘文博,陈雷,孙博一. 中国矿业大学学报. 2019(05)
[5]一种基于能量耗散理论的岩石加速蠕变模型[J]. 刘文博,张树光,李若木. 煤炭学报. 2019(09)
[6]参数非定常的软岩非线性黏弹塑性蠕变模型[J]. 刘开云,薛永涛,周辉. 中国矿业大学学报. 2018(04)
[7]含水状态下软岩蠕变试验及损伤模型研究[J]. 杨秀荣,姜谙男,江宗斌. 岩土力学. 2018(S1)
[8]片麻岩蠕变特性试验研究[J]. 梁冰,张涛,王俊光,李刚,武鹏飞. 实验力学. 2018(03)
[9]岩石非定常Burgers蠕变模型及其参数识别[J]. 韩阳,谭跃虎,李二兵,段建立,濮仕坤. 工程力学. 2018(03)
[10]基于修正Mohr-Coulomb屈服准则的冻结砂土损伤本构模型[J]. 张德,刘恩龙,刘星炎,张革,尹霄,宋丙堂. 岩石力学与工程学报. 2018(04)
本文编号：3619099
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