考虑损伤的西原流变模型及其工程应用研究
发布时间：2021-08-04 19:22
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...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
弹簧元件及其应力应变示意图
2考虑损伤的西原流变模型及其三维差分格式11定水平的应力，不管其值大小，都会有且仅有唯一的与之对应的应变；卸载时，其两端的应力变为0值，则应变也马上瞬时变为0值，没有弹性后效，应力应变关系与时间无关；2）当其两端应力保持不变时，只要弹性模量没有发生变化，其应变也不会发生变化，没有蠕变特性；3）当应变没有发生变化时，只要弹性模量没有发生变化，其两端的应力也不会发生变化，不会随时间增大而减小，即没有松弛特性。②阻尼元件阻尼元件表示岩体材料在受到外荷载作用的时候，它会有一定的变形，但其变形并不是瞬时完成，而是像牛顿流体一样缓慢完成，因此这样的元件也称为牛顿体。它的应力和应变变化速率呈线性的关系。它的示意图和应变-时间关系曲线和应力-应变变化速率关系曲线如图2.2所示。图2.2阻尼元件及其应力应变示意图Figure2.2Dampingelementanditsstress-straindiagram阻尼元件的本构方程如下式：σ=η=（2.2）式中：σ——表示阻尼元件两端的应力；η——表示阻尼元件的粘滞系数；ε——表示阻尼的应变的导数。对上式进行积分可以得到：ε=1+（2.3）式中：σ——表示阻尼元件两端的应力；η——表示阻尼元件的粘滞系数；ε——表示阻尼的应变；t——表示时间；
重庆大学硕士学位论文12C——表示积分常数。由以上两个式子可以推导阻尼元件有以下的特性：1）当阻尼元件两端两端的应力不变时，应变会随着时间的增加而持续增加，但没有瞬时的变形；2）当应力等于0的时候，应变为以稳定的常数，即是当其两端荷载变为0时，阻尼元件的位移会保持不变。由此可知，阻尼元件发生永久变形；3）当应变保持不变时，推导得阻尼元件两端的应力为0，即是其没有应力松弛现象发生。③滑块元件滑块元件表示当岩体材料所受的应力水平超过某一个门槛值的时候，材料就会从弹黏性状态进入塑性屈服状态，此时这个门槛值就是岩体的屈服极限。在这个应力水平下，即使应力不再增加，岩体的变形也不会因此停止，而是继续增大，这就是滑块元件，通常也称其为塑性元件。理想的滑块元件的示意图和其应力应变关系可用图2.3表示。图2.3滑块元件及其应力应变示意图Figure2.3Sliderelementanditsstress-straindiagram理想的滑块元件的本构方程如下：ε={0,当(<)不确定，受边界条件影响,当(>)（2.4）式中：ε——表示滑块元件的应变；σ——表示滑块元件两端的应力；——表示滑块元件的屈服极限。由上式可以得知，滑块元件的应力应变特性如下：当其两端应力没有达到其屈服极限强度时，滑块元件并没有产生应变；但超过屈服极限强度时，就会产生变形，并且其变形受到边界条件的影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]温度变化对岩石流变特性影响的理论研究[J]. 邵珠山,吴奎,袁媛. 应用力学学报. 2018(05)
[2]滇中红层软岩隧洞开挖时空效应研究[J]. 郑红,刘志鹏,易俊新,魏樯. 民营科技. 2018(09)
[3]基于FLAC3D混凝土本构模型二次开发及边坡加固工程应用[J]. 蔡慧娟,蒋喆琦,张胤. 江苏水利. 2018(08)
[4]考虑水化学损伤的砂岩流变损伤本构模型[J]. 冯晓伟,王伟,王如宾,袁双双,朱其志. 岩土力学. 2018(09)
[5]基于FLAC3D黄土的湿载结构性本构模型二次开发[J]. 罗爱忠,方娟. 水利与建筑工程学报. 2018(03)
[6]基于能量积蓄的扰动流变耦合作用岩石破坏机理研究[J]. 郑怀昌,侯晓琳,刘志河,李宝玉,李海洲,王树立,武恒. 化工矿物与加工. 2017(12)
[7]考虑时效损伤劣化的变参数非线性蠕变损伤模型[J]. 蒲成志,曹平,张春阳,章求才. 工程力学. 2017(06)
[8]硬脆性岩石卸荷流变特性及拟合回归分析[J]. 张龙云,张强勇,杨尚阳,丁炎志. 中国科技论文. 2017(01)
[9]高地应力条件下隧洞围岩流变损伤机制数值模拟研究[J]. 孙金山,左昌群,姜清辉,谢妮,蒋楠. 现代隧道技术. 2016(05)
[10]红层蠕变特性及隧道围岩位移PSO-SVM预测研究[J]. 何延兵,刘辉. 公路工程. 2016(02)
博士论文
[1]泥页岩井壁水化损伤的蠕变失稳力学研究[D]. 王萍.西北工业大学 2015
[2]考虑渗流作用的深部巷道围岩流变特性及控制机理研究[D]. 张继华.中国矿业大学 2015
[3]基于内变量热力学的流变模型及岩体结构长期稳定性研究[D]. 张泷.清华大学 2015
[4]引洮工程红层软岩隧洞工程地质研究[D]. 刘小伟.兰州大学 2008
[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
硕士论文
[1]滇中红层软岩隧洞变形特征及合理支护体系研究[D]. 杨意.西南交通大学 2018
[2]基于FLAC3D的西原流变模型的程序实现及工程应用[D]. 邹佳成.中国地质大学(北京) 2018
[3]含新型元件的蠕变模型二次开发研究[D]. 张涛.南昌航空大学 2017
[4]武隆炭质页岩泥化夹层的流变特性及长期强度研究[D]. 唐楷人.重庆交通大学 2017
[5]热力耦合条件下花岗岩物理力学特性研究[D]. 赵建建.湖北工业大学 2017
[6]基于节理岩体损伤本构模型的FLAC3D二次开发及应用[D]. 朱晓鹏.中国地质大学(北京) 2015
[7]滇西南地区高速公路髙边坡抗震稳定性数值分析及支护研究[D]. 师保国.长安大学 2015
本文编号：3322266
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
弹簧元件及其应力应变示意图
2考虑损伤的西原流变模型及其三维差分格式11定水平的应力，不管其值大小，都会有且仅有唯一的与之对应的应变；卸载时，其两端的应力变为0值，则应变也马上瞬时变为0值，没有弹性后效，应力应变关系与时间无关；2）当其两端应力保持不变时，只要弹性模量没有发生变化，其应变也不会发生变化，没有蠕变特性；3）当应变没有发生变化时，只要弹性模量没有发生变化，其两端的应力也不会发生变化，不会随时间增大而减小，即没有松弛特性。②阻尼元件阻尼元件表示岩体材料在受到外荷载作用的时候，它会有一定的变形，但其变形并不是瞬时完成，而是像牛顿流体一样缓慢完成，因此这样的元件也称为牛顿体。它的应力和应变变化速率呈线性的关系。它的示意图和应变-时间关系曲线和应力-应变变化速率关系曲线如图2.2所示。图2.2阻尼元件及其应力应变示意图Figure2.2Dampingelementanditsstress-straindiagram阻尼元件的本构方程如下式：σ=η=（2.2）式中：σ——表示阻尼元件两端的应力；η——表示阻尼元件的粘滞系数；ε——表示阻尼的应变的导数。对上式进行积分可以得到：ε=1+（2.3）式中：σ——表示阻尼元件两端的应力；η——表示阻尼元件的粘滞系数；ε——表示阻尼的应变；t——表示时间；
重庆大学硕士学位论文12C——表示积分常数。由以上两个式子可以推导阻尼元件有以下的特性：1）当阻尼元件两端两端的应力不变时，应变会随着时间的增加而持续增加，但没有瞬时的变形；2）当应力等于0的时候，应变为以稳定的常数，即是当其两端荷载变为0时，阻尼元件的位移会保持不变。由此可知，阻尼元件发生永久变形；3）当应变保持不变时，推导得阻尼元件两端的应力为0，即是其没有应力松弛现象发生。③滑块元件滑块元件表示当岩体材料所受的应力水平超过某一个门槛值的时候，材料就会从弹黏性状态进入塑性屈服状态，此时这个门槛值就是岩体的屈服极限。在这个应力水平下，即使应力不再增加，岩体的变形也不会因此停止，而是继续增大，这就是滑块元件，通常也称其为塑性元件。理想的滑块元件的示意图和其应力应变关系可用图2.3表示。图2.3滑块元件及其应力应变示意图Figure2.3Sliderelementanditsstress-straindiagram理想的滑块元件的本构方程如下：ε={0,当(<)不确定，受边界条件影响,当(>)（2.4）式中：ε——表示滑块元件的应变；σ——表示滑块元件两端的应力；——表示滑块元件的屈服极限。由上式可以得知，滑块元件的应力应变特性如下：当其两端应力没有达到其屈服极限强度时，滑块元件并没有产生应变；但超过屈服极限强度时，就会产生变形，并且其变形受到边界条件的影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]温度变化对岩石流变特性影响的理论研究[J]. 邵珠山,吴奎,袁媛. 应用力学学报. 2018(05)
[2]滇中红层软岩隧洞开挖时空效应研究[J]. 郑红,刘志鹏,易俊新,魏樯. 民营科技. 2018(09)
[3]基于FLAC3D混凝土本构模型二次开发及边坡加固工程应用[J]. 蔡慧娟,蒋喆琦,张胤. 江苏水利. 2018(08)
[4]考虑水化学损伤的砂岩流变损伤本构模型[J]. 冯晓伟,王伟,王如宾,袁双双,朱其志. 岩土力学. 2018(09)
[5]基于FLAC3D黄土的湿载结构性本构模型二次开发[J]. 罗爱忠,方娟. 水利与建筑工程学报. 2018(03)
[6]基于能量积蓄的扰动流变耦合作用岩石破坏机理研究[J]. 郑怀昌,侯晓琳,刘志河,李宝玉,李海洲,王树立,武恒. 化工矿物与加工. 2017(12)
[7]考虑时效损伤劣化的变参数非线性蠕变损伤模型[J]. 蒲成志,曹平,张春阳,章求才. 工程力学. 2017(06)
[8]硬脆性岩石卸荷流变特性及拟合回归分析[J]. 张龙云,张强勇,杨尚阳,丁炎志. 中国科技论文. 2017(01)
[9]高地应力条件下隧洞围岩流变损伤机制数值模拟研究[J]. 孙金山,左昌群,姜清辉,谢妮,蒋楠. 现代隧道技术. 2016(05)
[10]红层蠕变特性及隧道围岩位移PSO-SVM预测研究[J]. 何延兵,刘辉. 公路工程. 2016(02)
博士论文
[1]泥页岩井壁水化损伤的蠕变失稳力学研究[D]. 王萍.西北工业大学 2015
[2]考虑渗流作用的深部巷道围岩流变特性及控制机理研究[D]. 张继华.中国矿业大学 2015
[3]基于内变量热力学的流变模型及岩体结构长期稳定性研究[D]. 张泷.清华大学 2015
[4]引洮工程红层软岩隧洞工程地质研究[D]. 刘小伟.兰州大学 2008
[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
硕士论文
[1]滇中红层软岩隧洞变形特征及合理支护体系研究[D]. 杨意.西南交通大学 2018
[2]基于FLAC3D的西原流变模型的程序实现及工程应用[D]. 邹佳成.中国地质大学(北京) 2018
[3]含新型元件的蠕变模型二次开发研究[D]. 张涛.南昌航空大学 2017
[4]武隆炭质页岩泥化夹层的流变特性及长期强度研究[D]. 唐楷人.重庆交通大学 2017
[5]热力耦合条件下花岗岩物理力学特性研究[D]. 赵建建.湖北工业大学 2017
[6]基于节理岩体损伤本构模型的FLAC3D二次开发及应用[D]. 朱晓鹏.中国地质大学(北京) 2015
[7]滇西南地区高速公路髙边坡抗震稳定性数值分析及支护研究[D]. 师保国.长安大学 2015
本文编号：3322266
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