砂岩卸围压蠕变特性及非定常蠕变模型

为了研究在不同围压卸载条件下,砂岩蠕变变形的变化规律以及蠕变参数劣化规律,采用TAW-2000试验机对砂岩进行室内分级卸围压蠕变试验研究,然后结合损伤力学理论将蠕变参数非定常化,建立非定常参数西原蠕变模型,最终将试验数据与模型曲线进行对比验证。试验结果表明:对砂岩进行不同初始轴向应力的卸围压试验,岩石的蠕变泊松比与蠕变变形一样,都具有衰减、稳定和加速三个阶段,蠕变泊松比是一个时间的函数,在加载过程中蠕变泊松比都超过常规状态下的值,甚至超过1;建立非定常模型与试验数据具有良好拟合度,它不仅准确地反映了衰减和稳定蠕变阶段蠕变特性,也克服了传统西原体难以描述加速蠕变的缺点。     

岩石材料的一种蠕变损伤方程

通过大量的岩石蠕变试验研究，总结出了以能描述损伤历史的蠕变模量为参数的岩石蠕变损伤方程，由该方程能方便地定出任意蠕变时刻的损伤状态和进行蠕变损伤的测定。     

含水状态对石英砂岩单轴分级蠕变性能影响研究

为研究含水状态对深埋岩体开挖卸荷后蠕变力学行为的影响,对干燥状态与饱和含水状态石英砂岩开展单轴分级加载蠕变试验,同时结合声发射技术进行实时监测。结果表明:随着含水率的增加,岩石蠕变失效强度降低,其宏观特征由剪切破坏过渡为劈裂破坏;水的存在对岩石的瞬时弹性应变和蠕变应变均抑制明显,试件含水饱和后蠕变增量和相应的稳态蠕变速率均明显降低。通过Levenberg-Marquarat算法对蠕变曲线进行拟合和参数辨识,证明Burgers蠕变力学模型能较好表述石英砂岩蠕变特性;试件含水饱和后弹性系数E_1、E_2和粘性系数η_1、η_2降低,岩石粘滞性增强,损伤硬化特征明显;试件含水饱和后加载瞬间与蠕变阶段声发射事件能率降低,内部微裂纹演化进程减慢。通过对比分析发现,稳态蠕变阶段声发射事件能率与蠕变速率的演化趋势较一致。试验研究结果可以为工程岩体破裂失稳的预测和防治提供一定的理论参考。     

基于扰动状态概念的软岩蠕变本构模型与试验验证

软岩材料的蠕变过程从初始加载阶段开始即容易产生塑性变形,这与硬岩存在较大差异,而传统的元件模型仅在应力超过某一阈值后才开始描述其粘塑性行为。通过分析岩石加卸载时效变形过程中弹塑性状态的演变规律,以扰动状态理论为基础,确定了以塑性变形为变量的扰动因子函数,并通过塑性变形随时间的变化特征进一步建立了以时间为自变量的蠕变扰动因子演化方程。在此基础上,针对泥质页岩的蠕变变形过程,选取Burgers和Bingham模型分别描述扰动状态理论中的相对完整状态和完全调整状态,并选取蠕变扰动因子为权重函数建立了基于扰动状态理论的蠕变本构模型。通过泥质页岩的室内蠕变特性试验对模型进行有效性检验表明,理论曲线与实测曲线的逼近程度较高,蠕变扰动函数能随时间的发展持续调整相对完整状态向完全调整状态转换的过程,较高应力状态下软岩进入完全调整状态的速率较快,相对传统模型该模型具有更好的非线性及阶段协调性,可较好地描述软岩的初始、稳定和加速蠕变阶段。     

SUS304材料的小冲孔蠕变试验研究

小冲孔蠕变试验技术是一种采用微小试样、近乎无损地评定材料高温力学性能的新方法,本文应用小冲孔蠕变试验技术评定SUS304材料的高温力学性能。在不同温度下,对SUS304奥氏体不锈钢进行载荷范围为443N～513N的小冲孔蠕变试验,得到材料在不同试验条件下的蠕变曲线,通过中断试样的扫描电镜观察分析了试样的变形过程,讨论了影响小冲孔蠕变试验的主要因素。试验结果表明,从小冲孔实验获得的蠕变曲线与传统单轴拉伸蠕变实验的蠕变曲线具有一致性,都具有三个明显的蠕变阶段,利用小冲孔蠕变试验技术测试材料的高温性能是可行的。试验载荷越大,试样瞬时变形挠度越大,蠕变第二阶段速率越快,断裂时间越短。载荷、温度、试样厚度、环境是小冲孔试验的主要影响因素,对试验结果影响很大。     

涡轮叶片蠕变全过程的修正Graham模型的参数识别

针对定向凝固镍基合金制造的航空发动机涡轮叶片,从涡轮叶片典型部位取材并设计制造模拟试件,在980℃下不同应力水平下进行单轴蠕变试验。对试验数据进行了唯象学的数学描述,并对ANSYS有限元分析软件中Graham蠕变模型进行了修正,使修正后的模型能够比较精确地描述单轴蠕变的全过程。并应用修正Graham模型对试验过程进行数值模拟,研究表明ANSYS有限元模拟蠕变的结果和试验数据吻合较好。这说明了修正Graham模型模拟单轴蠕变过程的合理性,该模型在一定程度上为ANSYS在金属材料蠕变分析方面的二次开发提供了理论基础。     

金属蠕变与蠕变破坏理论综述

本文对金属在均匀单向与复杂应力状态下的蠕变与蠕变破坏行为及结构物蠕变下持久性发展了系统的试验与理论研究。 在试验研究中本文考虑了各种金属在恒应力与变应力下的行为,应力集中,加载方式对蠕变破坏的影响;同时还提出了材料的结构损伤的新的量测方法。     

片麻岩蠕变特性试验研究

为了对红透山铜矿片麻岩蠕变特性及深部采场(-467、-827中段)出现时效性片帮破坏问题进行研究,采用室内蠕变试验和理论分析相结合的方式对片麻岩的蠕变特性进行了分析。结果表明:随着应力水平的不断提高,岩样蠕变经历衰减蠕变、稳态蠕变、加速蠕变三个阶段。其中,稳态蠕变阶段持续时间最长,加速蠕变阶段变形速率波动最大,且以非线性方式逐渐增加。试样P-4与P-8在围压10MPa条件下的起始蠕变应力阈值分别为50MPa及80MPa,长期强度分别为90~100MPa及170~180MPa,加速蠕变启动时间分别为34.68h及2.4h;最后基于模式搜索(PS)改进非线性最小二乘法,并结合岩石蠕变试验结果,对蠕变模型参数进行反演。通过反演得到的理论曲线与试验曲线的吻合效果较好,由此证明了蠕变模型的正确性和合理性。     

深部灰岩三轴蠕变特性实验研究

采用MTS815岩石材料力学试验机,在温度28℃条件下,对重庆市万盛区某煤矿深部掘进巷道灰岩进行了三轴蠕变试验,对不同偏应力水平下该巷道灰岩的蠕变特性进行了分析。结果表明,蠕变试验的曲线显示该灰岩蠕变具有非线性特征,其蠕变特性随着围压的增加而更加明显。对深部灰岩的蠕变模型进行初步探讨,回归得出深部灰岩在不同应力水平下蠕变应变随时间变化的Burgers蠕变方程。分析表明,Burgers模型能较好地反映该深部灰岩的蠕变规律。该模型所确定的本构关系可以作为该深部灰岩蠕变本构模型来预测其蠕变发展。     

高应力高水压下砂岩三轴蠕变特性试验研究

对砂岩进行高围压高水压条件下的三轴压缩蠕变试验。试验表明,在整个加载过程中,孔隙水压力主要起到增强轴向变形和横向变形的作用;但在加载的初始阶段,孔隙水压力在一定程度上抑制了轴向变形。当应力水平高于屈服应力时,横向蠕变速率明显大于轴向蠕变速率,且横向蠕变率先进入加速蠕变阶段。本文提出一个新的非线性黏性元件,并引入一个能判断是否进入加速蠕变阶段的计时器元件,组建一个非线性黏塑性加速蠕变启动模型,将该黏塑性模型与Burgers模型串联,构建一个新的非线性黏弹塑性蠕变模型,推导了该模型在常规三轴应力状态下的本构方程。基于试验结果,通过对非线性优化算法(BFGS)的Matlab编程,实现对本文提出蠕变模型的参数识别,识别效果比较理想。对比试验曲线与拟合曲线,二者相当吻合,验证了新提出的非线性黏弹塑性蠕变模型的正确性。     

冻土区输电线路塔基选位的影响因素分析

采用粒子图像测速技术(PIV)对两层流体Bénard-Marangoni对流进 行了实验研究. 研究了各种不同厚度比下的临界对流模式,同时研究了在温差变大时向超临 界对流模式转化过程. 实验结果表明,界面张力对各种对流模式的形成和转变具有重要的作 用.     

动力排水固结模型试验装置的研制

为了实现大尺度室内模拟动力排水固结法来加固吹填粘性土,本文特设计了室内试验装置。该装置由模型槽、动力装置、夯锤以及监测和数据采集系统等4部分组成,其主要特点有：(1)可同时实现半模和全模试验,可模拟单点夯和全夯,弥补了目前只有半模或1/4模和单点夯等小尺度模型试验的缺陷;(2)可实现实时观察立面裂隙、特征点的变化,对孔压、位移、动应力等进行实时监测和采集;(3)可实现自动起吊和自动脱锤,可以很好地模拟现场施工工况;(4)可实现以下加固工况的模拟实验：不同的夯击参数、不同的加固土层厚度、不同的排水方式等,从而达到不同加固方案的对比,优化加固方案;(5)拆装方便,还可用于模拟边坡、路基、挡墙、滑坡等,适用性较广。目前利用该模型装置已进行了两组不同排水系统的模型夯击试验,试验设备运行良好,可满足试验要求。     

锦屏一级水电站引渠内侧自然边坡的稳定性

层状岩体顺层滑动但却存在反倾的后缘结构面的边坡稳定性研究尚未见到具体讨论。本文采用了数值模拟方法对锦屏一级水电站引渠内侧边坡的稳定性进行了分析,通过结构面参数折减法,求得该边坡稳定性系数为1.191,后端岩体对前端不稳定体不存在推力。通过数值分析方法和极限平衡法对结构面相关参数的敏感性进行了分析对比,对比表明采用参数折减法的数值分析方法结果可靠。本文为类似复杂岩体边坡稳定性判定提供参考。     

世界三大典型水库型顺层岩质滑坡工程地质比较研究

通过对瓦依昂滑坡、塘岩光滑坡、千将坪滑坡滑坡三大滑坡工程地质比较研究,找出了其地形地质条件、诱发因素、变形特征的基本规律和共性,揭示了库水浮托与滑带浸泡软化及二者耦合的滑坡诱发机制; 提出了水库顺层岩质滑坡的基于易滑地质结构的空间预测模型; 初步总结了水库顺层岩质滑坡短期及临滑变形特征。     

贵州石漠化地区降雨条件下红粘土剪切强度特性随含水量变化关系探讨

西南喀斯特地区的石漠化已经严重影响了人民正常的生产生活。水土流失是石漠化过程中一个关键环节。喀斯特地区地表广泛覆盖的红粘土在降雨条件下随着含水量的增加和人工垦殖的影响,剪切强度会产生变化,更易发生水土流失。本文以贵州普定石漠化研究区（陈旗村）的红粘土为例,以原状土模拟未经扰动的土样,以重塑土来模拟经过开垦被扰动后的土样,设计了原状土和重塑土在不同含水量下的直剪试验,初步地研究了这一变化规律。结果表明:在含水量大于35%时,石漠化地区红粘土粘聚力和内摩擦角均随着含水量的增加显著降低;在同一含水量水平下,原状土的抗剪强度明显优于重塑土,且随着含水量的增加,重塑土的强度衰减较之原状土快许多,表明了经过人工垦殖后的红粘土在降雨条件下更易发生水土流失。       

金沙江某水电站上下坝址岩体卸荷差异研究

油水乳化渗流是三元复合驱和热力采油过程中常见的现象,地层介质的微观 孔隙结构特征对乳状液流动有着重要影响. 现有描述乳状液渗流的理论模型都属于确定性方 法,只能反映出介质孔隙结构的体积平均效果. 当介质内部微观非均质性相比其尺寸不能被 忽略时,采用确定性方法描述会与实验结果存在偏差. 基于连续时间随机游走理论建立 了描述乳状液渗流的随机理论模型. 该模型引入反映液滴微观运动特征的跃迁时间和跃迁位 移两个概率分布函数来反映多孔介质微观非均质特征. 研究结果表明该模型能很好地刻画 实验曲线中出现的与介质尺度相关的拖尾现象,可作为更一般的过滤模型.     

A study of the generation and creep relaxation of triaxial residual stresses in stainless steel

This paper presents results from a numerical and experimental research programme motivated by the need to predict creep damage generated by multi-axial states of stress in austenitic stainless steels. It has been hypothesized that highly triaxial residual stress fields may be sufficient to promote creep damage in thermally aged components, even in the absence of in-service loads. Two prerequisites to test this hypothesis are the provision of test specimens containing a highly triaxial residual stress field and an accurate knowledge of how this residual stress field relaxes due to creep. Creep damage predictions may then be made for these specimens and compared to damage observed in experiments. This paper provides solutions to both of these prerequisites. Cylindrical and spherical test specimens made from type 316H stainless steel are heated to 850 °C and then quenched in water. Finite element predictions of the residual stress state, validated by extensive neutron diffraction measurements, are presented which confirm the high level of triaxiality present in the specimens. The specimens are then thermally aged at 550 °C and numerical predictions of the residual stress relaxation are given, again validated by extensive neutron diffraction measurements. The results confirm the validity of the creep relaxation models employed. In addition, the results show the influence of specimen size and permit comparisons to be made between three different types of neutron diffractometers.     

基于水平土拱效应的桩间挡土板土压力计算研究

基于``平板开缝-装配-焊接'工艺制备了以高聚物为基体的Kagome等蜂窝结构,并开展 了Kagome, 正三角形和菱形蜂窝结构的面内准静态压缩力学行为实验研究,实验过程中应用 CCD图像采集系统和图像相关法对试件进行了全场位移监测. 另外对比传统正六边形蜂窝, 采用数值分析技术,模拟了低速冲击下不同蜂窝结构坍塌行为. 实验结果和数值模拟均 揭示了在材料用量和结构尺寸完全相同的情况下,Kagome蜂窝结构的面内能量吸收性能优于 其它3种蜂窝结构,并发现了Kagome蜂窝压缩变形时所特有的局部蜂窝旋转变形. 研究结果 表明改变蜂窝形状和周期性排布会对蜂窝结构整体的变形模式以及能量吸收性能产生较大的 影响.     

基于新型蠕变仪下的泥岩力学参数时效性研究

岩石在蠕变的过程中其基本力学参数变形模量E、内聚力c和内摩擦角是随时间和应力逐渐弱化的。本文对现行蠕变设备特点进行分析,研制了一套新型的五联单轴蠕变仪,此仪器能够在相同的应力条件下同时进行5个试件的蠕变试验。并且使用该仪器对宝鸡市秦源煤矿泥岩的力学参数E、c、在蠕变试验中的弱化规律进行了研究。提出了把粘塑性应变作为泥岩力学参数弱化的指标,得出了泥岩E、c、随粘塑性应变呈指数衰减的函数关系,并计算了该泥岩破坏时的E、c、。对该泥岩E、c、和粘塑性应变的函数关系式进行了分析,得到了岩石E、c、和应力(σ)以及时间(t)的耦合函数方程,为后续岩石非定常本构模型的研究奠定了基础。
力学参数〓时效性〓蠕变仪〓蠕变试验          
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