考虑时效损伤的硬岩非线性蠕变本构模型研究

作     者：宋战平 王博文 范胜元 张宇涛 王军保 

作者机构：西安建筑科技大学土木工程学院 西安建筑科技大学陕西省岩土与地下空间工程重点实验室 西安建筑科技大学基础设施智能建造研究院 

出 版 物：《岩石力学与工程学报》 (Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52178393,51578447) 陕西省创新能力支撑计划–创新团队资助项目(2020TD–005) 

主　　题：岩石力学 硬岩 蠕变 损伤 本构模型 参数拟合 

摘      要：为探究硬岩蠕变全过程中各阶段的变形特征，对硬质凝灰岩开展了恒围压、分级升轴压的室内蠕变试验。通过不同应力路径下硬岩蠕变特征分析，结合扫描电镜(SEM)测试探讨了岩石细观损伤演化机制与宏观破坏特征之间的关系；基于蠕变过程中岩石力学性能随时间的劣化效应引入损伤变量，构建了能够描述硬岩蠕变全过程的损伤蠕变本构模型；同时，通过优化BP神经网络模型，改善了模型参数的识别与预测。结果表明：随偏应力水平提高，硬质凝灰岩表现出较为明显的脆–延性变形转化特征，且岩石蠕变现象更加明显；在较高偏应力持续作用下，岩石损伤累积与力学性能力劣化更加充分，引起破坏阶段硬质凝灰岩的加速蠕变特征随围压增加而突显，硬岩破坏变得更加剧烈。改进后的损伤本构模型与Burgers相比能够更好地描述硬岩蠕变全过程，验证了该模型的合理性。基于优化后的BP神经网络模型，能够准确地预测高应力水平下硬岩的加速蠕变曲线，提高了模型的适用性。本研究结果不仅丰富了硬岩蠕变本构模型的理论研究，还可为硬岩地层中工程岩体长期稳定性的设计提供理论指导。