基于颗粒流程序的黏弹塑性本构模型开发与应用

发布时间：2018-01-14 17:03

  本文关键词：基于颗粒流程序的黏弹塑性本构模型开发与应用　出处：《岩土力学》2015年09期 　论文类型：期刊论文

  更多相关文章： 蠕变试验 颗粒流程序 西原体流变模型 黏弹塑性 流变特性 巷道蠕变

【摘要】：在深入研究西原体模型黏弹塑性特征的基础上,推导出不同塑性条件下的流变特性方程,并将其推广到离散单元法中,研究了颗粒间力与位移关系的数值积分方案,总结出颗粒流程序中接触本构模型开发方法,并基于二维颗粒流程序(PFC2D)开发出具有黏弹塑性特征的西原体接触本构模型。通过两个互相接触的固定球体之间的应力松弛试验,分3种情况验证了模型编制的准确性。利用取自张家洼铁矿巷道内的岩石试样,通过单轴和三轴压缩试验获取计算参数,并进行了单轴压缩蠕变试验的模拟,通过与室内蠕变试验结果的对比,验证了PFC2D中自定义西原体模型用于岩石流变特性研究的可行性。利用西原体模型与线弹性模型对D型深埋巷道进行分析计算和破坏模式研究,结果显示,西原体模型预测结果与Hoek-Brown准则理论结果更为接近。在围岩蠕变作用下,巷道两帮变形量大于顶板和底板,破坏程度更为严重,计算结果与现场监测数据基本吻合。根据巷道长期稳定性的要求,提出着重支护两帮的治理建议。
[Abstract]:On the basis of deeply studying the viscoelastic-plastic characteristics of Cycloplasmal model, the rheological equation under different plastic conditions is derived and extended to the discrete element method. The numerical integration scheme of the relationship between the forces and displacements of particles is studied, and the method of developing contact constitutive model in the program of particle flow is summarized. Based on the two-dimensional particle flow program PFC2D, a viscoelastic-plastic contact constitutive model was developed. The stress relaxation tests between two contact fixed spheres were carried out. The accuracy of the model is verified in three cases. The calculation parameters are obtained by uniaxial and triaxial compression tests from rock samples taken from the roadway of Zhangjiawa Iron Mine, and the uniaxial compression creep tests are simulated. The results are compared with the results of indoor creep tests. The feasibility of using the self-defined See model in PFC2D to study the rheological characteristics of rock was verified. The D-type deep buried roadway was analyzed and calculated and the failure mode was studied by using the Cycloplasmal model and linear elastic model. The results show that the predicted results of the model are closer to the theoretical results of Hoek-Brown criterion. Under the creep of surrounding rock, the deformation of two sides of roadway is larger than that of roof and floor, and the degree of damage is more serious. According to the requirement of long-term stability of roadway, the author puts forward some suggestions on how to control the two supports.
【作者单位】： 北京科技大学土木与环境工程学院;北京大学前沿交叉学科研究院;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(No.51074014) 中央直属高校基本科研业务费资助项目(No.FRF SD 12 002A,No.FRF-TP-14-036A1)
【分类号】：TU45
【正文快照】： 1引言岩石作为岩土工程中常见的地质体,常常表现出明显的流变特性。岩石的流变效应对埋深大、服役时间长或软岩中的岩土工程影响更为显著。地下矿山深部巷道在高地应力作用下,极易产生流变破坏。王永岩等[1]研究表明,深部软岩巷道的变形破坏主要来源是围岩蠕变。因此,开展考虑

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 王永岩;王艳春;;温度-应力-化学三场耦合作用下深部软岩巷道蠕变规律数值模拟[J];煤炭学报;2012年S2期

2 陶波,伍法权,郭改梅,周瑞光;西原模型对岩石流变特性的适应性及其参数确定[J];岩石力学与工程学报;2005年17期

3 佘成学;;岩石非线性黏弹塑性蠕变模型研究[J];岩石力学与工程学报;2009年10期

4 王涛;吕庆;李杨;李宏明;;颗粒离散元方法中接触模型的开发[J];岩石力学与工程学报;2009年S2期

5 李文秀;王山山;刘琳;孟庆立;刘晓敏;梅松华;;官庄铁矿深埋破碎矿体开采岩体变形测试分析[J];岩石力学与工程学报;2010年04期

6 潘晓明;杨钊;许建聪;;非定常西原黏弹塑性流变模型的应用研究[J];岩石力学与工程学报;2011年S1期

7 齐亚静;姜清辉;王志俭;周创兵;;改进西原模型的三维蠕变本构方程及其参数辨识[J];岩石力学与工程学报;2012年02期

8 褚卫江;徐卫亚;杨圣奇;周维垣;;基于FLAC~(3D)岩石黏弹塑性流变模型的二次开发研究[J];岩土力学;2006年11期

9 阎岩;王思敬;王恩志;;基于西原模型的变参数蠕变方程[J];岩土力学;2010年10期

10 ;Triaxial mechanical creep behavior of sandstone[J];Mining Science and Technology;2010年03期

【共引文献】

相关期刊论文 前10条

1 许年春;吴同情;秦娟;;岩石蠕变对边坡支挡力影响的有限元分析[J];地下空间与工程学报;2012年S1期

2 李欣;高谦;刘增辉;杨长祥;;金川Ⅲ矿区硐室围岩蠕变特性与支护时机[J];北京科技大学学报;2011年10期

3 乐家根;曹平;蒲成志;汪亦显;;广义摩尔库仑模型及其在FLAC3D中的实现[J];铁道科学与工程学报;2012年03期

4 唐红梅;陈涛;鲜学福;;岩体结构面蠕变损伤机理研究[J];工程地质学报;2009年03期

5 王旭东;付小敏;;压缩蠕变力学试验的数值模拟研究[J];工程地质学报;2009年04期

6 李良权;徐卫亚;王伟;郭云强;赵海斌;;基于流变试验的向家坝砂岩长期强度评价[J];工程力学;2010年11期

7 赵宝云;陈志平;董倩;王思长;;基于结构面流变特性的重庆市某干线公路顺层滑坡数值模拟研究[J];重庆建筑;2012年09期

8 李海英;任凤玉;陈晓云;宫国慧;;深部开采陷落范围的预测与控制方法[J];东北大学学报(自然科学版);2012年11期

9 宋勇军;雷胜友;;基于分数阶微积分的岩石非线性蠕变损伤力学模型[J];地下空间与工程学报;2013年01期

10 侯月军;杨昌民;张汉超;;考虑围岩蠕变效应的隧道开挖变形分析[J];公路交通科技(应用技术版);2013年01期

相关会议论文 前7条

1 邓成豪;林从谋;王殿会;黄金山;孟凡兵;;隧道变形预测方法的改进[A];第十一届全国土力学及岩土工程学术会议论文集[C];2011年

2 孙强;胡秀宏;冶小平;;岩石蠕变的研究现状与发展趋势[A];第十届全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2008年

3 韩冰;王芝银;;分级加卸载条件下岩石流变参数估计研究[A];全国岩土工程反分析学术研讨会暨黄岩石窟（锦绣黄岩）岩石力学问题讨论会文集[C];2006年

4 刘先珊;宋碧宏;邹利明;;基于颗粒流数值模型的土压力盒力学特性研究[A];颗粒材料计算力学研究进展[C];2012年

5 完颜祺琪;伍锦鹏;王芝银;郑雅丽;;盐岩蠕变力学特性试验研究[A];流变学进展（2012）——第十一届全国流变学学术会议论文集[C];2012年

6 唐皓;赵法锁;陈文玲;党亚倩;;大理岩非线性蠕变模型研究[A];2014年全国工程地质学术大会论文集[C];2014年

7 张东明;罗小彦;刘见中;易理德;;地下水对砂岩蠕变渗流耦合影响规律试验研究[A];《工业建筑》2015年增刊Ⅰ[C];2015年

相关博士学位论文 前10条

1 赵同彬;深部岩石蠕变特性试验及锚固围岩变形机理研究[D];山东科技大学;2009年

2 李刚;水岩耦合作用下软岩巷道变形机理及其控制研究[D];辽宁工程技术大学;2009年

3 杨文东;复杂高坝坝区边坡岩体的非线性损伤流变力学模型及其工程应用[D];山东大学;2011年

4 李栋伟;深部冻结黏土蠕变损伤耦合本构模型及应用研究[D];安徽理工大学;2011年

5 王红胜;沿空巷道窄帮蠕变特性及其稳定性控制技术研究[D];中国矿业大学;2011年

6 张华磊;采场底板应力传播规律及其对底板巷道稳定性影响研究[D];中国矿业大学;2011年

7 赵宝云;岩石拉、压蠕变特性研究及其在地下大空间洞室施工控制中的应用[D];重庆大学;2011年

8 刘小军;浅变质碎裂围岩蠕变特性研究及其在隧道洞口工程中的应用[D];重庆大学;2011年

9 常西坤;深部开采覆岩形变及地表移动特征基础实验研究[D];山东科技大学;2010年

10 李忠建;半胶结低强度围岩浅埋煤层开采覆岩运动及水害评价研究[D];山东科技大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 陈云娟;类岩石材料蠕变本构试验研究及基于FLAC~（3D）实现[D];山东科技大学;2010年

2 王建国;石灰岩岩体质量分类与抗剪强度取值研究[D];昆明理工大学;2010年

3 宋洪健;车轮在松软地面上滚动过程的仿真软件研制[D];吉林大学;2011年

4 刘栋;深部围岩蠕变特性试验研究[D];湖南科技大学;2011年

5 李建明;列车动荷载对基坑变形的影响[D];天津大学;2012年

6 李海涛;深部巷道围岩非连续破裂机理研究[D];山东科技大学;2011年

7 陈丽;温度、压力及地下岩溶水作用下软岩蠕变规律的影响研究[D];青岛科技大学;2011年

8 吴家耀;浅埋软土地下洞室开挖支护研究[D];大连理工大学;2006年

9 王旭东;小湾水电站蚀变岩蠕变力学特性及本构模型研究[D];成都理工大学;2008年

10 杨文东;坝基软弱岩体的非线性蠕变损伤本构模型及其工程应用[D];山东大学;2008年

【二级参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 王红伟,王希良,彭苏萍,周瑞光;软岩巷道围岩流变特性试验研究[J];地下空间;2001年S1期

2 愪保平;赵阳升;赵延林;徐素国;;含高盐份泥岩夹层的盐岩蠕变特性研究[J];地下空间与工程学报;2007年01期

3 王金安,彭苏萍,孟召平;岩石三轴全应力应变过程中的渗透规律[J];北京科技大学学报;2001年06期

4 徐平 ,夏熙伦;三峡枢纽岩体结构面蠕变模型初步研究[J];长江科学院院报;1992年01期

5 张忠亭,王宏,陶振宇;岩石蠕变特性研究进展概况[J];长江科学院院报;1996年S1期

6 刘洪磊;杨天鸿;于庆磊;陈仕阔;;凝灰岩破坏全过程渗流演化规律的实验研究[J];东北大学学报(自然科学版);2009年07期

7 魏汝龙;三轴和直剪试验的固结快剪指标[J];大坝观测与土工测试;1998年01期

8 杨淑碧，徐进，董孝璧;红层地区砂泥岩互层状斜坡岩体流变特性研究[J];地质灾害与环境保护;1996年02期

9 邢纪波,俞良群,王泳嘉;砂岩类脆性无序介质连续破坏过程的细观模拟[J];地质力学学报;1998年03期

10 张学忠,王龙,张代钧,郑硕才,褚美霞;攀钢朱矿东山头边坡辉长岩流变特性试验研究[J];重庆大学学报(自然科学版);1999年05期

相关博士学位论文 前2条

1 袁海平;诱导条件下节理岩体流变断裂理论与应用研究[D];中南大学;2006年

2 乔丽苹;砂岩弹塑性及蠕变特性的水物理化学作用效应试验与本构研究[D];中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）;2008年

相关硕士学位论文 前1条

1 吕宜美;化学腐蚀对深部软岩蠕变特性的影响研究[D];青岛科技大学;2010年

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 方玉树;对颗粒流理论的一点认识[J];水文地质工程地质;1990年01期

2 张端明,雷雅洁,张美军,李智华;混合颗粒流分形模型及相关有效热传导的分析[J];华中科技大学学报;2001年12期

3 黄德财;孙刚;厚美瑛;陆坤权;;颗粒速度在颗粒流稀疏流-密集流转变中的作用[J];物理学报;2006年09期

4 叶坚;毛旭锋;夏建新;;颗粒流研究最新进展与挑战[J];中央民族大学学报(自然科学版);2009年04期

5 罗勇;龚晓南;吴瑞潜;;桩墙结构的颗粒流数值模拟研究[J];科技通报;2007年06期

6 白若虚;程雪松;郑刚;;关于土渗透系数颗粒流细观参数研究[J];低温建筑技术;2012年01期

7 孟凡净;刘q;王伟;;剪切平行板间密集颗粒流的接触力分布及各向异性分析[J];应用数学和力学;2013年07期

8 朱涵成;韩文喜;陈超;;砂岩常规三轴的颗粒流数值模拟[J];地质灾害与环境保护;2013年03期

9 周英,鲍德松,张训生,雷哲民,胡国琦,唐孝威;边界条件对二维斜面颗粒流颗粒分布的影响[J];物理学报;2004年10期

10 周健,池永;土的工程力学性质的颗粒流模拟[J];固体力学学报;2004年04期

相关会议论文 前10条

1 杨馥菱;张慰慈;陈俊杉;谢尚贤;;碰撞模型参数对滑道道高浓度干颗粒流发展之影响(英文)[A];第七届海峡两岸工程力学研讨会论文摘要集[C];2011年

2 孟云伟;柴贺军;;颗粒流离散元在滑坡运动过程模拟中的应用[A];第一届中国水利水电岩土力学与工程学术讨论会论文集（上册）[C];2006年

3 杨果成;刘启一;胡茂彬;姜锐;吴清松;;双瓶颈斜槽上的颗粒流相变和双稳态[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

4 秦琦;王等明;;斜面颗粒流对围墙冲击作用的离散单元法模拟[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

5 胡国琦;厚美瑛;杜其永;;密集态颗粒流的激波结构[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

6 张家铭;任永强;;基于三维颗粒流理论的混合土体力学参数反演研究[A];颗粒材料计算力学研究进展[C];2012年

7 郭海庆;李志刚;;粒径在颗粒流标定过程中对边坡岩土体细观参数的影响研究[A];中国计算力学大会'2010（CCCM2010）暨第八届南方计算力学学术会议（SCCM8）论文集[C];2010年

8 孙其诚;王光谦;;斜面颗粒流的离散元模拟[A];中国科学技术协会2008防灾减灾论坛论文集[C];2008年

9 马宗源;徐清清;党发宁;;碎石土地基动力夯实的颗粒流离散元数值分析[A];第21届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2012年

10 郭海庆;李志刚;高庄平;;粒径在颗粒流标定过程中对边坡岩土体细观参数的影响[A];岩石力学与工程的创新和实践：第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2010年

相关博士学位论文 前5条

1 罗勇;土工问题的颗粒流数值模拟及应用研究[D];浙江大学;2007年

2 王伟;针对典型摩擦副的非流态化颗粒流润滑特性研究[D];合肥工业大学;2009年

3 曹文广;稠密气固两相射流的实验研究与数值模拟[D];华东理工大学;2013年

4 曾远;土体破坏细观机理及颗粒流数值模拟[D];同济大学;2006年

5 邱成春;H-V 加筋路堤动力特性的试验及颗粒流分析[D];上海大学;2013年

相关硕士学位论文 前10条

1 王家军;喷射颗粒流润滑试验研究及有限元仿真[D];合肥工业大学;2009年

2 陈德文;锚固机理的模型试验研究及其颗粒流数值模拟[D];山东大学;2008年

3 王智勇;平行板颗粒流摩擦系统的力链构型与演变研究[D];合肥工业大学;2013年

4 廖静薇;基于颗粒流强度折减法的粉质粘土边坡稳定性分析[D];重庆大学;2014年

5 陈宜楷;基于颗粒流离散元的尾矿库坝体稳定性分析[D];中南大学;2012年

6 徐超;基于颗粒流法的饱和砂层隧道围岩稳定性研究[D];广东工业大学;2014年

7 李明明;基坑排桩支护的颗粒流模拟研究[D];天津大学;2012年

8 常在;土的颗粒力学理论及数值模拟[D];清华大学;2008年

9 刘帆;壁面颗粒流运动的随机模型[D];清华大学;2010年

10 白若虚;基于地下水劈裂的基坑突涌破坏机理研究与颗粒流数值模拟[D];天津大学;2012年

，

本文编号：1424482