改进的Bingham岩石蠕变模型研究

传统Bingham模型只能模拟岩石的瞬时弹性变形和稳态蠕变变形,不能模拟岩石蠕变全过程。为了克服这方面的不足,首先定义一个非线性函数来模拟岩石的衰减蠕变变形,基于Harris函数建立一个带时间触发的非线性损伤黏性体,与传统Bingham模型进行串联,从而建立一个新的非线性蠕变模型,根据塑性力学原理推导了一维和三维蠕变方程。利用1stOpt通用的全局优化算法,对前人所做的蠕变试验数据进行模型验证和参数辨识,同时基于理论曲线对模型参数进行敏感性分析。结果表明,该模型曲线与蠕变试验曲线具有较高的吻合度,在相同时刻,岩石蠕变变形量均随参数的增大而增大;模型曲线对参数n的敏感性要高于对参数m。该模型可为开展类似研究工作提供一定的参考。     

一种新的岩石非线性损伤蠕变模型

为描述岩石加速蠕变阶段的非线性变形规律,在广义开尔文体基础上串联一个村山体,基于Kachanov损伤率理论,建立了损伤变量D与蠕变时间的函数关系,并根据Lemaitre应变等效原理将村山体中的无损模型参数p用有效模型参数p(1-D)代替,以此来表征岩石加速蠕变阶段的非线性,建立了一种新的非线性损伤蠕变模型;根据广义塑性力学理论给出了该模型的三维蠕变方程;采用Levenberg-Marquardt非线性优化最小二乘法对红砂岩和绿片岩常规三轴压缩蠕变试验数据进行拟合,反演得到这两种岩石的蠕变模型参数。拟合结果表明:拟合曲线与试验曲线的拟合相关系数R2分别为0.999和0.992,说明该蠕变模型能较好地反映这两种岩石各阶段的蠕变曲线特征。     

岩石蠕变特性试验研究

针对大安山煤矿+550水平西二石门围岩蠕变变形严重的问题,采用室内蠕变试验与理论分析相结合的方法研究岩石蠕变特性。选取泥质粉砂岩作为软岩试样,通过自制三轴蠕变仪对所取岩样进行恒围压分级增轴压的三轴压缩蠕变试验,结果表明:随应力水平的提高,起始蠕变速率增大,进入稳态蠕变阶段用时延长,稳态蠕变速率从0h-1增大到3.12e-4·h-1,瞬时应变以线性关系增加,围压9MPa条件下的起始蠕变应力阈值为6MPa,当应力水平超过岩石长期强度时出现加速蠕变。基于蠕变试验规律,考虑起始蠕变应力阈值,将一种可用阶跃函数表示的开关元件与广义K体并联,并引入损伤元件对CVISC蠕变模型进行改进。采用1st-Opt中的Levenberg-Marquardt+通用全局优化法计算蠕变参数并进行反演。反演结果表明理论曲线与试验曲线的吻合效果较好,证明了所建模型的合理性。上述研究成果可为岩石工程的长期稳定性分析提供试验和理论依据。     

改进宾汉姆流变模型及其参数辨识

传统宾汉姆流变模型不适于描述岩石蠕变的非线性衰减和加速阶段.本文提出一种非线性的改进模型,引入作用函数表征衰减蠕变阶段,引入非线性黏性元件与传统模型串联表征岩石的加速蠕变阶段.通过对绿片岩和砂岩蠕变实验数据进行非线性拟合得到模型参数,与实验曲线的对比分析表明了改进的效果及改进模型的合理性.     

隧道围岩的黏弹塑蠕变模型及参数劣化分析

为了更好地研究在不同围压作用下海棠山隧道围岩的蠕变变形特性,采用TAW-2000岩石试验机对围岩进行了加载蠕变试验,分析了围岩的轴向蠕变和等时应力-应变特性,确定了围岩的长期强度值。将现有蠕变模型与蠕变各阶段进行相互对应,并采用蠕变曲线的特殊点和蠕变变形的定义,提出一种新型的确定蠕变参数的方法;进而对蠕变参数与应力之间的关系进行分析,得到考虑应力状态对蠕变参数产生劣化影响的改进蠕变模型,最终通过试验数据和计算结果对模型进行了验证。结果表明:改进后的蠕变模型可以较好地反映岩石的蠕变特性,且模型的计算结果与试验数据具有良好的吻合度,这说明该模型不仅准确地反映了衰减和稳定蠕变阶段的蠕变特性,也克服了传统西原体难以描述加速蠕变的缺点;并且,该模型也考虑到了蠕变参数随应力变化发生的劣化。     

考虑强度参数劣化的砂岩非定常蠕变模型研究

为了更好地研究岩石在不同应力作用下的蠕变变形特性,采用TAW-2000岩石试验系统对围岩开展了单轴蠕变试验;将西原体模型蠕变参数转化为关于时间的函数,且将强度参数也转化为关于时间的函数,进一步将屈服函数非线性化,构建出一种新型的非定常分数阶蠕变模型,并通过试验数据来验证模型的正确性与合理性.结果表明:轴向蠕变变形总体上...     

一种新的岩石非线性黏弹塑性蠕变模型研究

为了克服传统元件组合模型不能描述岩石蠕变过程中非线性特征的缺陷,首先根据加速蠕变阶段的应变和应变率随蠕变时间急剧增大的特点,建立黏塑性应变与蠕变时间的指数函数关系并提出非线性黏塑性体.将该非线性黏塑性体与广义Burgers蠕变模型串联,建立可以描述岩石全蠕变过程的非线性黏弹塑性蠕变模型,根据叠加原理得到一维应力状态下的轴向蠕变方程.然后基于塑性力学理论指出岩石三维蠕变本构方程建立过程中的不足之处,并给出非线性黏弹塑性蠕变模型合理的三维蠕变方程.最后采用不同应力水平下砂岩轴向蠕变试验对模型合理性进行验证,结果表明:拟合曲线与试验曲线吻合度较高,所建蠕变模型能够很好地描述砂岩在不同应力水平下的蠕变变形规律,尤其对加速蠕变阶段的非线性特征描述效果很好,验证了模型的合理性.     

岩石三轴蠕变试验黏弹性解析及参数识别

基于岩石三轴蠕变试验,推导了相应的黏弹性解析解,并对三参量H-K流变模型给出了黏弹性解析解的显式以及流变参数的识别方法. 在此基础上,针对花岗岩及片岩两种岩石的室内蠕变分级加载试验曲线进行了流变参数的识别与反演. 分析表明,同一岩样在不同加载级别下的弹性及黏弹性参数在量值上均有所不同,其中黏弹性模量和黏滞系数的量值随载荷的增加出现损伤衰减,基于试验反演所获参数的解析蠕变曲线与试验蠕变曲线吻合较好.     

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。     

非定常微分型黏弹性本构模型

在应力作用下, 材料的力学参数随着微观结构的变化而变化, 需要考虑参数的时间效应. 利用黏滞系数随时间变化的黏性元件, 构造出非定常Maxwell模型、非定常Kelvin模型和非定常Zener模型. 求解非定常模型的微分型本构方程得到它们的松弛模量、蠕变柔量和卸载方程. 结果表明, 可以把常见的经验松弛函数和经验蠕变函数视为非定常微分型本构模型.      

岩石拉压蠕变试验仪研制及应用

为了探索岩石在周期性恒定拉伸、压缩荷载作用下的蠕变行为,结合杠杆原理,设计研制了一种岩石杠杆式拉伸、压缩蠕变试验仪。该仪器具有挂重质量小、可方便切换拉、压荷载等特点。首先,通过标定好的数显式拉压荷重传感器对该试验仪拉伸、压缩荷载进行了校正,得出试验仪压缩、拉伸荷载杠杆扩力比分别为81.29倍与59.46倍,挂重质量与施加在岩样荷载呈线性关系(压缩作用下线性关系相关系数R2=0.99975,拉伸作用下R2=0.9991),荷载施加稳定。最后,采用该试验仪对红砂岩进行了单轴恒定拉、压循环荷载下的蠕变试验,探讨了受荷岩样拉压蠕变规律。上述成果丰富了岩石蠕变测试与研究内容,有助于岩石力学试验测试的发展。     

基于改进链码法的LuGre摩擦模型动态参数辨识

针对现有LuGre摩擦模型动态参数辨识方法辨识精度不高,收敛性难以保证及参数初值难以确定等不足,提出了一种基于改进链码特征识别法的参数辨识方法。首先,研究LuGre摩擦模型中两个动态参数-鬃毛刚度系数与阻尼系数之间的关系,以及鬃毛刚度系数与预滑动阶段位移-摩擦力曲线形状之间的对应关系;然后,改进现有Freeman链码的采样方式和码间距,利用改进的链码结合傅立叶描绘子提取位移-摩擦力曲线的形状特征并形成特征向量;最后,以加噪声原始位移-摩擦力曲线和仿真位移-摩擦力曲线的特征向量为参数建立度量两曲线相似程度的欧氏距离,寻优得到使欧氏距离满足给定误差的仿真位移-摩擦力曲线,该曲线对应的鬃毛刚度系数即为其辨识值,进一步可计算出阻尼系数。文末给出的辨识实例验证了提出方法的正确性和有效性。     

岩石蠕变模型的比较和修正

对三种岩石在不同的应力下进行了蠕变实验,对蠕变实验曲线用粘弹模型进行了模型参数的反演,结果认为标准线性体、伯格斯和对数模型都是实验曲线的很好近似.为了进一步了解蠕变实验时间对模型参数的影响,研究了蠕变模型的预测功能.将实验蠕变曲线分成二部分,第一部分用于模型参数的反演,第二部分用于模型预测数据的检验.时间外延所得的模型的预测曲线都明显偏离了实测曲线,伯格斯和对数模型的预测曲线比实测曲线偏高,而标准线性体模型则偏低.根据不同时间的蠕变实验数据的比较和分析,认为实验时间对蠕变模型参数的反演有较为明显的影响,但只要对标准线性体模型作适当修正,引入与时间尺度有关的函数C(t),则该模型的预测能力就有较大的提高.     

考虑地面效应影响飞机起飞着陆过程运动模型的参数辨识

本文利用基于最小模型误差法和线性不连续跳跃多重打靶法基础上建立的非线性只法，辨识飞机起飞着陆过程飞机的非线性动态模型。对于包含复杂非线性项的动态系统，本方法可以从实际试验量测的系统非线性数据，确定飞机处于地面效应影响运动过程的系统模型，而不需要预先详细描述系统的非线性形式。     

基于压缩蠕变试验的流变参数理论解析反演

大坝坝基的长期稳定性是大坝运营安全的重要保障, 而坝基岩体中的软弱夹层是影响其变形和稳定的重要因素. 为研究大岗山水电站坝基中辉绿岩脉软弱夹层在长期载荷作用下的变形机制, 在坝基边坡的试验平硐内垂直于软弱夹层进行了现场大型圆形刚性承压板压缩蠕变试验. 辨识得到可较准确表示其蠕变特性的5参量广义Kelvin模型, 克服了3 参量广义Kelvin模型收敛过快的缺陷. 基于弹性力学中的布辛涅斯克问题, 通过黏弹性理论中的拉普拉斯变换及逆变换, 推导出了刚性承压板下部岩体的5参量广义Kelvin模型表示的黏弹性变形公式, 并以此为基础反演得到流变参数.     

岩石蠕变断裂特性的试验研究

以一类红砂岩为例对蠕变条件下岩石裂纹的起裂和扩展的机理、准则进行了试验研究和理论分析．试验结果表明，岩石裂纹常常在初始应力强度因子KI小于断裂韧度KIC的情况下，经过一段时间的持续蠕变变形产生裂纹起裂和扩展．当然，初始应力强度因子KI小于断裂韧度KIC是有限度的，KI不得小于另一固定值KIC2，KIC2表征了岩石在蠕变条件下抵抗裂纹起裂和扩展的能力，而且其值小于KIC，可称之为蠕变断裂韧度．在岩石工程的设计和计算中，KIC2是一个重要参数．     

基于Burgers模型考虑损伤的岩石蠕变全过程研究

岩石蠕变是一个显著的非线性问题，而经典的Burgers 模型是一种线性蠕变模型，必然不能全面地描述岩石蠕变的全过程．当岩石处于高应力水平下的加速蠕变阶段，岩石内部损伤会不断产生和累积，蠕变呈现出明显的非线性特征．为了更好地描述考虑损伤的岩石蠕变全过程，本文假定加速蠕变阶段的损伤演化方程，将损伤引入到Burgers 模型中，提出了一种非线性蠕变损伤模型．然后以乔后盐矿试件蠕变实测数据为分析案例，验证模型在应用于实际工程时的准确性和适用性．最后根据Origin 软件数值拟合的结果，表明本文所提出的非线性蠕变损伤模型能很好地描述岩石蠕变全过程，模型参数取值也在合理范围之内，模型拟合曲线与实验所得数据具有较好的一致性．     

线振动条件下平台漂移误差模型参数辨识仿真研究

对在振动条件下应用扩展卡尔曼滤波方法辨识平台漂移误差模型参数的问题进行了研究。设计了多位置测漂方案，对理想、非理想线振动条件下的参数辨识问题进行了仿真。所提出的方案能够在线振动激励幅值受限的情况下，辨识出各模型参数。     

一种基于半参数回归的加速度计误差模型辨识方法

为了解决加速度计离心机试验中系统误差和未建模误差对加速度计模型辨识的影响,将统计学中的半参数回归方法引入到加速度计的模型辨识中,建立了加速度计的半参数回归模型,提出了一种基于最小二乘-半参数回归模型(LS-SPRM)的估计方法,该估计方法利用最小二乘法估计加速度计的误差模型系数,利用半参数回归方法估计加速度计测试中的系统误差,并通过检验残差是否为白噪声作为判断是否有系统误差的条件。在半参数模型的估计中,采用二阶段估计方法,利用三次样条函数进行非参数部分的估计,并讨论了光滑参数的选取方法。仿真试验结果表明,采用该方法能够较好地补偿由于系统误差和未建模误差带来的影响,使加速度计模型辨识的标准差较普通最小二乘法减小45%左右,估计的残差也减小了近一倍。     

岩石含水蠕变损伤模型的开发与应用

摘要：为研究岩石含水率对蠕变的影响,将含水开关与蠕变损伤阀值引入蠕变模型,实现了含水劣化与蠕变损伤在本构关系上的耦合,建立了岩石含水蠕变损伤模型。模型与某软岩的三轴压缩蠕变试验结果取得了较好的拟合效果,并由麦夸特法+通用全局优化（LM-UGO）算法反演出了模型参数随岩石含水率的变化规律。在C++语言和FLAC3D中Fish语言的环境下,通过推导模型本构方程的三维差分形式,并利用FLAC3D所提供的接口实现了模型的二次开发。通过对开发的岩石含水蠕变损伤模型进行算例验证和分析,验证了模型的可靠性,也得出了软岩巷道蠕变变形随围岩含水率增大而增加的结论,进一步反映出蠕变模拟计算中考虑岩石含水率的必要性。