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1.
岩石滞后非线性弹性模拟的研究 总被引：1，自引：0，他引：1
在循环荷载作用下,孔隙饱和岩石呈现出闭合的应力-轴向（径向）应变滞后回线、轴向应变-径向应变滞后回线和X”形的瞬时弹性模量（杨氏模量和泊松比）等滞后非线性弹性特征,引入一种滞后非线性弹性材料的宏观模型 Preisach-Mayergoyz模型（PM模型）来描述岩石的这些特征。在PM模型中,孔隙饱和岩石的滞后非线性弹性特征由PM密度空间、施加的应力历史和岩石的滞后细观单元(HMU)的弹性特性所决定。在状态方程中,应变与关闭弹性单元数目占总单元数目的百分比成正比,而关闭弹性单元数目则与施加外力的历史有关,特别是在施加外力转向的时候。通过构造PM空间中不同的密度函数和设定HMU的弹性特性（平衡长度对）可以模拟性质不同的岩石,PM空间中不同的密度函数在一定程度上反映了岩石在循环荷载下的本构关系响应的不同性质。HMU中应变的响应与应力的路径有关,模型本身强调了施加于岩石的应力历史在决定岩石的弹性状态时的重要性,因此,可以用来模拟岩石的离散记忆,从这个意义上讲,孔隙饱和岩石的滞后特性是它具有离散记忆特性的原因。通过模拟,讨论了模型参数和岩石弹性模量之间的定量关系。 相似文献
2.
在单轴循环加载实验中,改变平均应力和正弦波应力振幅的条件下,研究了饱和砂岩的衰减、杨氏模量和泊松比的动态响应。获得随平均应力增大杨氏模量增大,随应力振幅增大应力～应变滞回曲线向应变增大方向移动,随应力振幅减小滞回圈包含在峰值应力的滞回圈内,反映出饱和岩石记忆特性。饱和岩石随应变振幅的增大衰减增大,模量呈线性下降,泊松比呈非线性增大。在低频段,这些物理力学参数的弹性非线性特征,对研究天然地震和储层勘探,以及它们的资料解释具有现实意义。 相似文献
3.
大理岩弹塑性耦合特性试验研究 总被引：6，自引：0，他引：6
大量研究表明,岩石经历塑性变形时其弹性参数会发生变化,即存在弹塑性耦合现象。为了研究岩石的弹塑性耦合特性,进行了两种大理岩的循环加、卸载试验。试验结果表明:与常规试验对比,循环加、卸载试验对岩石的变形、强度及破坏形态影响较小;弹性参数随塑性变形的变化显著,考虑弹塑性耦合时,弹性参数取体积模量和剪切模量更为合适;基于Mohr-Coulomb屈服准则,计算得到了强度参数,即黏聚力和内摩擦角随塑性内变量的演化规律。所得结论将为岩石弹塑性耦合本构模型的建立提供基本的试验支持。 相似文献
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基于各向同性弹塑性损伤和Prevost模型的基本理论,把弹塑性等向硬化、运动硬化和各向同性损伤结合起来,推导了循环荷载作用下不排水饱和软黏土的弹塑性动力损伤本构模型。由循环累积塑性偏应变建立损伤演化方程,以描述循环加载对软黏土结构的破坏作用,并通过对循环三轴试验的模拟验证了模型的有效性。结果表明,提出的模型能较好地描述饱和软黏土在循环荷载作用下的变形、孔压变化及模量损伤过程。 相似文献
5.
为了研究煤岩和砂岩在加载过程中的损伤对岩石力学性质的影响,分别对煤岩和砂岩做单轴和三轴全应力应变加卸载实验。进而构建岩石的损伤本构方程,实验结果表明:随着岩石损伤的增大,岩石的卸载弹性模量逐渐减小,塑性应变逐渐增加,表明岩石损伤属于弹塑性损伤;同时随着围压的增大,岩石的弹性模量随损伤的增加而下降的速率减小,表明岩石损伤主要引起岩石塑性应变的增加,岩石损伤破坏逐渐由脆性破坏向塑性破坏转变。假设岩石损伤速率符合威布尔统计分布规律,在此基础上构建煤岩损伤演化方程,通过实验和相关分析构建煤和砂岩弹塑性损伤本构方程。最后用构建的本构方程对实验曲线进行拟合,验证了弹塑性损伤本构方程的正确性。 相似文献
6.
考虑循环软化特性的饱和软土弹塑性本构关系研究 总被引：1，自引：0，他引：1
将软化指数关系与非等向硬化模量场理论相结合,研究了可描述循环荷载作用下饱和软土软化特性的增量弹塑性模型。该模型借助硬化模量的插值和映射中心的移动,在偏应力空间中构造硬化模量的演化规则;通过在弹塑性模量插值函数中引入初始弹塑性模量软化系数,模拟循环荷载作用下软土的刚度软化特性;通过引入硬化模量调整系数,增强循环加载时应力-应变曲线的滞回特性;再通过引入反映应变累积速率和大小的模型参数,描述循环加载时软土的应变累积特性。利用Idriss提出的指数关系式近似拟合软化系数随应力循环次数的变化关系,并通过引入循环应力参数建立了循环软化系数与静应力水平和循环应力水平的关系。阐述了确定模型参数的方法,并利用模型预测了相关试验结果,通过预测结果与试验结果的对比,验证了该模型描述循环荷载作用下软土软化特性的可行性。 相似文献
7.
针对致密砂岩气储层复杂的微观孔隙结构进行岩石物理建模,在模型中比较了单一孔隙纵横比、双孔隙模型两种表征孔隙结构的表征方式。岩石物理正演分析表明,两种孔隙结构模型均可解释致密砂岩复杂的速度-孔隙度关系。岩石物理反演结果表明,双孔隙模型对测井横波速度的预测精度更高,说明该模型更适用于表征研究区致密砂岩的孔隙结构,反演的软孔比例参数能够反映地层中孔隙结构的非均匀分布。应用双孔隙模型计算致密砂岩地层岩石骨架的弹性模量,与Krief及Pride等传统经验公式相比,该方法考虑了岩石骨架模量与矿物基质、孔隙度和孔隙结构等微观物性因素的关系,理论上更具有严谨性。对致密砂岩骨架模量计算结果的分析表明,少量微裂隙的存在即能够显著影响致密砂岩骨架的弹性性质,同时孔隙空间中的球形孔隙是致密气的主要赋存空间。并且,通过致密砂岩骨架弹性模量,进一步计算了可用于地层评价的Biot系数等岩石物理参数。致密砂岩骨架模量的预测结果可为Gassmann流体替换理论、BISQ孔隙弹性介质理论等岩石物理方法提供关键参数。 相似文献
8.
通过MTS815岩石力学试验机开展斜长花岗岩循环荷载试验,揭示循环次数、围压、含水率对斜长花岗岩弹性模量变化规律的影响,分析饱和与天然试样应力功、弹性应变能、耗散能随循环次数的演化规律。根据能量演化规律将岩石压缩变形破坏过程划分为4个阶段,研究各阶段切线模量与耗散能之间的关系。试验结果表明:（1）同一个应力水平切线模量随循环次数呈先增大后降低的趋势,其降低幅度随循环次数与应力水平增加而增大。（2）围压抑制了裂纹扩展,随围压增加切线模量弱化幅度减小。（3）饱和试样比天然试样切线模量弱化幅度大,说明水的存在加剧饱和试样内部结构损伤。（4）耗散能增加是引起切线模量弱化的内在因素,两者的变化规律呈现出很好的相关性。 相似文献
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循环载荷下饱和砂岩的疲劳损伤 总被引：7，自引：0，他引：7
通过对大庆石油饱和长石砂岩的单轴循环试验和桔红色砂岩的三轴循环破坏试验，获得了应变随时间变化曲线(类似一条常载荷的蠕变曲线)，并研究分析了岩石的模量随循环数增加而下降，衰减随循环数的增加而增大，损伤随循环数的增加而增大直至破坏的变化规律。岩石的这种损伤演化研究对增加石油的采收率和岩土工程的稳定性研究具有现实意义。 相似文献
10.
在临界状态弹塑性力学的框架内,建立了可以考虑循环荷载作用下各向异性对饱和软土力学特性影响的边界面塑性模型。该模型采用非关联的流动法则,引入了反映土体各向异性的内变量,利用该内变量的初始值描述初始各向异性,采用一种理论更为严谨、模型参数确定更为恰当的旋转硬化法则描述循环加载过程中各向异性的演化,利用更新映射中心的径向映射法则和与塑性偏应变路径长度有关的塑性模量插值规律,保证模型能够模拟循环加载时应力-应变响应的非线性、滞回性、应变累积性等基本特性,解释了模型参数的物理意义和确定方法,特别是给出了一种合理确定描述土体初始各向异性状态变量方法。通过文献中等压固结和偏压固结饱和黏土的循环三轴试验结果与模型预测结果的对比验证了模型的合理性。 相似文献
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主应力旋转将加速孔压和塑性应变的累积,影响土体的力学特性。为研究主应力轴循环旋转对 固结饱和粉质黏土孔压和变形的影响,利用GDS-HCA试验系统开展了不同应力路径的 固结饱和粉质黏土不排水循环三轴试验和循环扭剪试验,研究了主应力轴循环旋转对 固结饱和粉质黏土累积塑性应变、孔压等动力特性的影响。结果表明：动剪应力幅值、心形应力路径所包围的面积、循环偏应力幅值等均随循环剪应力比和循环动应力比的增大而增大。试样未发生破坏时, 固结饱和粉质黏土的孔压比随着振动荷载作用次数的增加而增大;当试样发生破坏时,孔隙压力迅速消散,孔压比急剧下降。循环扭剪试验时试件产生的轴向累积塑性应变始终大于循环三轴试验产生的累积塑性应变,说明主应力轴循环旋转会加速试件轴向应变的累积。试件的累积塑性应变随循环剪应力比和循环动应力比的增大而增大。循环动应力比越大时,主应力轴旋转造成的轴向累积塑性应变差异越显著。在Monismith幂次函数模型的基础上,建立了主应力轴循环旋转条件时K0固结饱和粉质黏土累积塑性应变方程,并对模型的可靠性进行了分析和验证。 相似文献
12.
运用RLW-2000型微机伺服岩石三轴试验机,对饱水状态和天然状态页岩在不同围压下进行三轴循环加卸载试验,分析了两种含水状态页岩的力学特性和滞后效应,并基于能量原理讨论了阻尼比演化规律。试验结果表明：随循环次数增加,累积残余应变逐渐增加,相对残余应变先降低,后趋于稳定区域,直至破坏前急剧增加;饱水页岩的加卸载变形模量均比天然页岩小,加载变形模量整体比卸载变形模量小;在加载和卸载阶段,均出现应变始终滞后于应力的现象;饱水页岩的滞后效应比天然页岩更明显。提出了考虑滞后效应的能量计算方法,较以往能量计算的误差更小。最后基于能量原理对阻尼比的计算公式进行修正,发现饱水页岩的阻尼比比天然页岩大。阻尼比的变化较好地反映了页岩损伤机制,可作为预判页岩失稳破坏的重要指标。 相似文献
13.
Depending on artificial freezing method applied in subway tunnel construction, a series of stress-controlled cyclic triaxial tests were conducted on freezing–thawing mucky clay to investigate their resilient and plastic strain behavior. In terms of practical engineering, this study focuses on three significant influencing factors which are artificial freezing temperatures, dynamic stress amplitude and loading frequency. This study demonstrates how these influence factors effect on the resilient strain or dynamic elastic modulus and accumulated plastic strain which are crucial to better understanding the strain behavior of freezing–thawing soil. The results indicate that the value of freezing temperature has slight influence on dynamic elastic modulus, but the freeze–thaw action can truly decrease the dynamic elastic modulus of soil, and soil with higher freezing temperature possesses larger accumulated axial strain. Besides, the dynamic elastic modulus decreases remarkably with the increasing of the cyclic stress amplitude, while the accumulated plastic strain behaves adversely. In addition, loading frequency has the least effect compared with other two factors, but lower frequency can generate larger accumulated plastic strain. 相似文献
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砂土液化是导致重大地震灾害的主要原因之一。本研究探讨了天然纤维加筋砂土在循环荷载作用下的抗液化性能。在不排水条件下,对具有不同纤维含量的加筋砂土试样进行了一系列循环三轴试验,研究了饱和砂土的液化特性以及循环剪应变幅值、纤维含量对饱和砂土抗液化性能的影响。此外,通过模拟已完成的循环三轴试验,建立了二维有限元数值模型,并对具有不同纤维含量的加筋砂土进行了参数标定。研究结果表明:(1)增加循环剪应变幅值将促进超孔压累积,使得滞回曲线斜率和平均有效应力减小速度加快;(2)纤维的存在能够减缓超孔压的累积,随着纤维含量增加,加筋砂土抗液化能力得到明显提高;(3)标定后的本构模型参数能可靠地用于模拟纤维加筋砂土的液化响应。研究结果为饱和砂土抗液化问题与纤维加筋砂土的数值模拟提供了有价值的参考。 相似文献
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考虑循环载荷下饱和黏土软化的损伤边界面模型研究 总被引：1，自引：0，他引：1
研究表明,循环载荷作用下饱和黏土将发生软化,其机制主要有两个：一是孔压的积累;二是土体原有结构的不断损伤和新结构的不断重塑。针对上述机制,基于广义各向同性硬化准则建立了考虑饱和黏土循环软化的损伤单面模型。该模型在有效应力空间中引入损伤变量,表征土体结构的损伤和重塑程度,在连续的循环加载下,损伤不断累积,边界面则随着损伤的累积不断收缩,以模拟饱和黏土刚度和强度的软化;以应力反向点作为边界面的广义各向同性硬化中心和映射法则的映射中心,灵活地选择塑性模量的插值公式以模拟塑性变形和孔压的累积以及应力-应变的滞回特性。应用该模型对不排水循环三轴试验进行模拟,并且考查了循环周次、循环应力水平和固结历史对饱和黏土循环软化特性的影响,并与相关试验比较,验证了模型的有效性。 相似文献
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围压循环变化将引起土体孔压累积,加剧土体累积塑性应变,导致地基灾变事故。为研究围压循环变化对饱和粉质黏土变形特性的影响,利用GDS双向振动三轴仪,进行部分排水时饱和粉质黏土的变围压循环三轴试验,研究不同应力路径斜率和循环动应力比时饱和粉质黏土的孔压、轴向累积塑性应变和体应变发展规律,建立部分排水条件时考虑循环围压和循环动应力耦合作用的地基粉质黏土累积应变数学模型。试验结果表明：部分排水时饱和粉质黏土孔压、轴向累积塑性应变和体应变均随循环动应力比和应力路径斜率的增大而增大;动孔压比随着振动次数的增加明显分为急剧增加、快速下降和持续平稳3个阶段;轴向累积塑性应变和体应变均随振动次数的增加而增大。当加载次数超过2 500次时,粉质黏土孔压趋于平稳,变形速率略有降低,但变形持续增加。补充试验结果表明,所建立模型与试验结果具有较高的一致性。研究结果将为交通循环荷载导致的地基灾变控制技术提供理论依据。 相似文献
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Zhechao Wang Shucai Li Liping Qiao Jiangang Zhao 《Rock Mechanics and Rock Engineering》2013,46(6):1603-1615
A series of laboratory tests were performed to examine the fatigue behavior of granite subjected to cyclic loading under triaxial compression condition. In these tests, the influences of volumetric change and residual strain on the deformation modulus of granite under triaxial cyclic compression were investigated. It is shown that the fatigue behavior of granite varies with the tendency for volumetric change in triaxial cyclic compression tests. In the stress–strain space, there are three domains for fatigue behavior of rock subjected to cyclic loading, namely the volumetric compaction, volumetric dilation with strain-hardening behavior, and volumetric dilation with strain-softening behavior domains. In the different domains, the microscopic mechanisms for rock deformation are different. It was also found that the stress level corresponding to the transition from volumetric compaction to volumetric dilation could be considered as the threshold for fatigue failure. The potential of fatigue deformation was compared with that of plastic deformation. The comparison shows that rocks exhibit higher resistances to volumetric deformation under cyclic loading than under plastic loading. The influence of residual strain on the fatigue behavior of rock was also investigated. It was found that the axial residual strain could be a better option to describe the fatigue behavior of rock than the loading cycle number. A constitutive model for the fatigue behavior of rock subjected to cyclic loading is proposed according to the test results and discussion. In the model, the axial residual strain is considered as an internal state variable. The influences of confining pressure and peak deviatoric stress on the deformation modulus are considered in a term named the equivalent stress. Comparison of test results with model predictions shows that the proposed model is capable of describing the prepeak fatigue behavior of rock subjected to cyclic loading. 相似文献
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Liquefaction is associated with the loss of mean effective stress and increase of the pore water pressure in saturated granular materials due to their contractive tendency under cyclic shear loading. The loss of mean effective stress is linked to loss of grain contacts, bringing the granular material to a “semifluidized state” and leading to development and accumulation of large cyclic shear strains. Constitutive modeling of the cyclic stress-strain response in earthquake-induced liquefaction and post-liquefaction is complex and yet very important for stress-deformation and performance-based analysis of sand deposits. A new state internal variable named strain liquefaction factor is introduced that evolves at low mean effective stresses, and its constitutive role is to reduce the plastic shear stiffness and dilatancy while maintaining the same plastic volumetric strain rate in the semifluidized state. This new constitutive ingredient is added to an existing critical state compatible, bounding surface plasticity reference model, that is well established for constitutive modeling of cyclic response of sands in the pre-liquefaction state. The roles of the key components of the proposed formulation are examined in a series of sensitivity analyses. Their combined effects in improving the performance of the reference model are examined by simulating undrained cyclic simple shear tests on Ottawa sand, with focus on reproducing the increasing shear strain amplitude as well as its saturation in the post-liquefaction response. 相似文献