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橄榄岩蠕变特性及本构模型研究

岩石力学与工程学报 2022年第8期41卷 1525-1535页

作者：张志强朱星宇刘新华西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031

为了研究橄榄岩的蠕变力学特性,对取自中老铁路玉磨线安定隧道的橄榄岩开展常规压缩和不同围压下的蠕变试验。试验结果表明,饱和橄榄岩试件与干燥试件弹性模量的比值和其软化系数较为接近,而饱和试件的泊松比略大于干燥试件;橄榄岩加载... 详细信息

为了研究橄榄岩的蠕变力学特性,对取自中老铁路玉磨线安定隧道的橄榄岩开展常规压缩和不同围压下的蠕变试验。试验结果表明,饱和橄榄岩试件与干燥试件弹性模量的比值和其软化系数较为接近,而饱和试件的泊松比略大于干燥试件;橄榄岩加载后产生的瞬时应变以弹性应变为主,且其存在蠕变启动阈值;当轴向偏应力低于蠕变启动阈值时,橄榄岩仅产生瞬时应变,而无蠕变应变;当轴向偏应力高于蠕变启动阈值时,橄榄岩才会产生蠕变现象;随围压增大,橄榄岩的蠕变启动阈值和加速蠕变阈值有呈线性增大的趋势。在此基础上,根据橄榄岩的蠕变特点,建立一个7元件的非线性黏弹塑性蠕变模型来描述橄榄岩的蠕变行为,并利用蠕变试验结果对模型的合理性进行了验证。结果表明,所建模型能较好地反映该类岩石的蠕变力学行为。

关键词：岩石力学橄榄岩蠕变特性弹性应变蠕变启动阈值蠕变本构模型

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深海硅藻土微观结构及一维压缩特性研究

岩土力学 2023年第S01期44卷 268-276页

作者：洪义郑博文姚梦浩王立忠孙海泉许冬浙江大学海洋学院浙江舟山316022 浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058 浙江大学浙江省海洋岩土工程与材料重点试验室浙江杭州310058 浙江大学海南研究院海南三亚572025 自然资源部第二海洋研究所浙江杭州310012 自然资源部海底科学重点实验室浙江杭州310012

目前陆上及浅海海相软土的微观结构和压缩特性研究较为广泛,而深海软土的微观结构和压缩特性研究较少,但随着海洋工程向深水发展,深海软土的特性值得关注。硅藻土广泛分布于深海海底,是深海软土的一种,其具有多样性,不遵循软土经典规律... 详细信息

目前陆上及浅海海相软土的微观结构和压缩特性研究较为广泛,而深海软土的微观结构和压缩特性研究较少,但随着海洋工程向深水发展,深海软土的特性值得关注。硅藻土广泛分布于深海海底,是深海软土的一种,其具有多样性,不遵循软土经典规律的特点,目前国内外对原位未扰动样品研究很少。针对西太平洋(水深为4423~4674 m)原位硅藻土样,通过电镜扫描(scanning electron microscope,简称SEM)、压汞试验(mercury intrusion porosimety,简称MIP)、常规一维压缩固结试验及多级荷载下(单级加载维持7 d)一维压缩固结试验,开展深海硅藻土微观结构、压缩特性及次固结特性的试验研究。试验结果表明:深海硅藻土的压缩指数分布在1.70~1.95之间,较其他陆上及浅海海相软土大0.6~1.2左右;且在固结完成后的蠕变阶段,硅藻土仍长时间发生体积变形,且并未出现变形收敛趋于稳定的态势,可能是由于硅藻颗粒外壳的持续破碎所导致,这一假设已被加载阶段的SEM和MIP试验观测结果所证实。

关键词：深海硅藻土微观结构一维压缩特性蠕变特性颗粒破碎宏微观相结合

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碱渣土蠕变特性试验及数值模拟研究

土木工程学报 2024年第5期57卷 107-116页

作者：元捷衡王元战王轩陈艳萍龚晓龙陈通天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津港(集团)有限公司天津300461

碱渣土孔隙比大、含水量高、压缩性大,研究其蠕变特性对于准确预测碱渣土地基长期沉降、确保上部结构长期稳定性具有重要意义。以天津港碱渣土为研究对象,采用分级加载-卸载的方式对不同深度处碱渣土进行一维压缩固结试验(包括卸荷回弹... 详细信息

碱渣土孔隙比大、含水量高、压缩性大,研究其蠕变特性对于准确预测碱渣土地基长期沉降、确保上部结构长期稳定性具有重要意义。以天津港碱渣土为研究对象,采用分级加载-卸载的方式对不同深度处碱渣土进行一维压缩固结试验(包括卸荷回弹与再压缩试验)。通过试样孔隙比随上部固结压力的变化曲线分析了碱渣土的压缩特性;利用“陈氏法”对分级加载过程的应变-时间试验数据进行处理,得到不同深度处碱渣土在不同固结压力下的应变-时间蠕变曲线。在此基础上,根据蠕变曲线衰减稳定规律以及应力-应变等时曲线所反映的非线性蠕变特征,提出采用Merchant元件模型对蠕变试验曲线进行拟合,并确定模型中3个参数的经验计算公式,建立碱渣土非线性蠕变模型。最后,通过编制有限元子程序实现数值开发,将数模计算值与蠕变试验数据、天津港碱渣土地基沉降实测值进行对比,验证所开发数值模型的合理性。

关键词：碱渣土蠕变特性 Merchant模型数值模拟

不同特征应力区间单裂隙砂岩与完整岩石蠕变特性的相关关系

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岩石力学与工程学报 2022年第7期41卷 1347-1357页

作者：杨超许轩王乐华孙钱程王瑞红三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002

为研究裂隙硬岩与完整岩石蠕变特性间的相关关系,结合不同特征应力区间下硬岩蠕变特性有较大区别的特点,以不同角度的单裂隙砂岩为对象开展蠕变试验。结果显示:当所受应力σσ时,试样均进入了加速蠕变阶段并最终发生破坏。此时,各试样... 详细信息

为研究裂隙硬岩与完整岩石蠕变特性间的相关关系,结合不同特征应力区间下硬岩蠕变特性有较大区别的特点,以不同角度的单裂隙砂岩为对象开展蠕变试验。结果显示:当所受应力σ蠕变特性,此时各试样蠕变变形的不同主要是由于裂隙角度引起的初始损伤不同而导致的;当σ>σ时,试样均进入了加速蠕变阶段并最终发生破坏。此时,各试样蠕变特性的不同不仅包含初始损伤影响,还受到时效损伤的影响。基于此,建立裂隙岩体全阶段损伤蠕变模型:当σσ时,开关断开,时效损伤体进入工作。模型中初始损伤可从应变能角度进行计算,时效损伤则可采用Kachanov蠕变损伤公式计算。该模型对完整岩石和裂隙岩体均适用,仅在参数上有所区别。因此,先根据完整岩石特征应力推导裂隙岩体的特征应力,再计算特征应力区间下的损伤变量便可实现完整岩石推导裂隙岩体的蠕变模型。该思路可为裂隙岩体损伤蠕变模型的研究提供一定借鉴和参考。

关键词：岩石力学单裂隙砂岩蠕变特性损伤变量蠕变模型

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不同加载速率无烟煤蠕变特性及能量演化规律

煤炭学报 2023年第8期48卷 3060-3075页

作者：岳少飞王开张小强康天合闫建兵姜玉龙郭泽雄太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室山西太原030024

动压影响下蠕变煤体的力学特性对复采区遗留煤柱的稳定性及其控制具有重要的工程意义。通过开展不同加载速率条件下无烟煤的分级加载蠕变和加卸载试验,对无烟煤蠕变过程的应变特征、弹性模量及蠕变速率演化特征进行研究,并基于无烟煤的... 详细信息

动压影响下蠕变煤体的力学特性对复采区遗留煤柱的稳定性及其控制具有重要的工程意义。通过开展不同加载速率条件下无烟煤的分级加载蠕变和加卸载试验,对无烟煤蠕变过程的应变特征、弹性模量及蠕变速率演化特征进行研究,并基于无烟煤的线型储能规律表征了蠕变过程的能量耗散规律,进一步阐释了无烟煤蠕变“硬化-损伤”机制。结果表明:加载速率小于0.04 mm/s时,无烟煤试件的轴向应变表现出明显的瞬时特性,但径向应变表现出明显的滞后性和蠕变性;随着加载速率的增加,试样在加载阶段的轴向硬化及径向扩容现象显著增强,蠕变速率衰减特征越显著。试样的实际屈服应力与加载速率满足线性下降关系,其储能系数、蠕变极限弹性能随加载速率增加均呈现先增加后趋于稳定的趋势;各应力水平的能量耗散率演化呈现“降低—稳定—增加”的趋势,分别对应试件的压密、弹性和屈服破坏阶段。从能量耗散角度分析无烟煤试样的“硬化-损伤”机制:硬化及损伤效应作用于蠕变全过程,试样在弹性阶段硬化及损伤作用效果相当导致试样的能量耗散率稳定,试样进入屈服破坏阶段后损伤效应占主导地位导致能量耗散率快速增加;试样硬化及损伤效应均随加载速率的增大逐渐显著,加载速率小于0.04 mm/s时,试样硬化效应强于损伤效应导致试样极限弹性能快速增加;加载速率增大导致的屈服应力降低会加速试样的损伤演化,当加载速率大于0.04 mm/s后,试样的损伤效应显著增强,硬化及损伤相互制约导致试样极限弹性能趋于稳定。

关键词：分级加载蠕变加载速率蠕变特性硬化-损伤能量耗散

红层泥岩填料蠕变特性及分数阶五元件非线性蠕变模型研究

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第4期55卷 1654-1664页

作者：余云燕杜乾中罗崇亮丁小刚李永鹏兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 甘南藏族自治州交通运输局甘肃甘南747000

为揭示红层泥岩填料的蠕变力学特性,对甘肃红层泥岩填料开展分级加载三轴CU蠕变试验,分析不同含水率和偏应力水平下红层泥岩填料的轴向蠕变、蠕变速率、应力-应变等时曲线等蠕变特性。基于红层泥岩填料蠕变曲线特征分析,引入分数阶微积... 详细信息

为揭示红层泥岩填料的蠕变力学特性,对甘肃红层泥岩填料开展分级加载三轴CU蠕变试验,分析不同含水率和偏应力水平下红层泥岩填料的轴向蠕变、蠕变速率、应力-应变等时曲线等蠕变特性。基于红层泥岩填料蠕变曲线特征分析,引入分数阶微积分,构建适用于甘肃红层泥岩填料的分数阶五元件非线性蠕变模型,并对模型参数进行辨识和分析。研究结果表明:甘肃红层泥岩填料存在明显的蠕变特性,呈非线性衰减蠕变,随含水率与偏应力水平增大,蠕变变形明显增大;应力-应变等时曲线呈现出非线性特征,存在明显拐点,甘肃红层泥岩填料的长期强度为瞬时强度的0.6~0.8;所构建的模型可以准确地描述甘肃红层泥岩填料的蠕变特性,对试验结果的拟合效果明显比Burgers和Merchant模型拟合效果好。

关键词：红层泥岩填料三轴CU蠕变试验蠕变特性分数阶微积分非线性蠕变模型

粉砂质泥岩蠕变特性与非线性黏弹塑性本构模型

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土木与环境工程学报（中英文） 2024年第3期46卷 1-8页

作者：付宏渊戚双星史振宁高乾丰匡波曾铃长沙理工大学土木工程学院长沙410114 长沙理工大学公路养护技术国家工程实验室长沙410114 长沙理工大学交通运输工程学院长沙410114 广西交通设计集团有限公司南宁530029

针对边坡、隧道工程中粉砂质泥岩长期稳定性问题,采用DZSZ-150型多场耦合岩石三轴压力试验机,利用粉砂质泥岩相似材料试样,开展不同围压下粉砂质泥岩蠕变试验。根据蠕变试验结果建立可描述粉砂质泥岩蠕变全过程的非线性黏弹塑性本构模型... 详细信息

针对边坡、隧道工程中粉砂质泥岩长期稳定性问题,采用DZSZ-150型多场耦合岩石三轴压力试验机,利用粉砂质泥岩相似材料试样,开展不同围压下粉砂质泥岩蠕变试验。根据蠕变试验结果建立可描述粉砂质泥岩蠕变全过程的非线性黏弹塑性本构模型,以7 MPa围压下蠕变试验结果为例,对所提出的蠕变本构模型进行合理性和可行性验证。结果表明:试样的稳态蠕变速率与偏应力大小有关,随着偏应力的增加,试样稳态蠕变速率与偏应力之间符合指数函数关系;在加速蠕变阶段的蠕变速率相对低偏应力水平下减速蠕变和稳态蠕变速率明显要增大很多,且非常短时间内就发生了蠕变破坏;提出一种描述粉砂质泥岩全蠕变过程的非线性黏弹塑性本构模型,该模型能描述粉砂质泥岩蠕变-破坏全过程的蠕变变形规律,反映了粉砂质泥岩在不同偏应力水平作用下的蠕变特性,克服了经典模型中无法准确描述加速蠕变过程的难题。

关键词：粉砂质泥岩蠕变试验加速蠕变蠕变特性本构模型

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掺入粉煤灰软黏土的复合碱渣土力学特性探究

建筑材料学报 2023年第2期26卷 206-214页

作者：王元战孙春鹏王轩陈艳萍龚晓龙天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津港(集团)有限公司天津300461

为探究承载性能优良且经济适用的碱渣地基土方案,设计了24种掺入粉煤灰和软黏土的复合碱渣土,并且综合无侧限抗压强度与经济指标,通过模糊评价法确定了复合碱渣土的最优配合比,同时对其进行了劈裂抗拉试验、静力三轴试验和蠕变试验.结... 详细信息

为探究承载性能优良且经济适用的碱渣地基土方案,设计了24种掺入粉煤灰和软黏土的复合碱渣土,并且综合无侧限抗压强度与经济指标,通过模糊评价法确定了复合碱渣土的最优配合比,同时对其进行了劈裂抗拉试验、静力三轴试验和蠕变试验.结果表明:软黏土、粉煤灰均对碱渣有明显加固作用,软黏土的加入可减少粉煤灰的用量,具备较好的经济适用性;复合碱渣土的劈裂抗拉强度与其无侧限抗压强度之比为0.15;固结围压对复合碱渣土不排水强度的影响最大,超固结比次之,固结比最小;当上部荷载未达到长期强度时,复合碱渣土的蠕变特征较为稳定且数值极小.

关键词：复合碱渣土粉煤灰最优配合比三轴试验蠕变特性

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湖相沉积泥炭质土蠕变特性

岩土工程学报 2022年第S1期44卷 166-171页

作者：阮永芬朱尚万乔文件吴龙蔡龙昆明理工大学建筑工程学院中铁二十局集团第五工程有限公司中铁十一局集团城市轨道工程有限公司

利用SLB-1型应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪，对湖相沉积泥炭质土进行三轴固结不排水蠕变试验，研究泥炭质土在不同围压及偏应力条件下的蠕变过程，并通过“陈氏法”得到分级加载下蠕变曲线。三轴蠕变试验研究表明：原状样在围压为50... 详细信息

利用SLB-1型应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪，对湖相沉积泥炭质土进行三轴固结不排水蠕变试验，研究泥炭质土在不同围压及偏应力条件下的蠕变过程，并通过“陈氏法”得到分级加载下蠕变曲线。三轴蠕变试验研究表明：原状样在围压为50,100 kPa时，应变时间关系呈现明显的衰减蠕变特征，而当围压为200 kPa，偏应力为129 kPa时表现为明显的非衰减蠕变特征；重塑较原状样能承受的加荷等级少；“陈氏法”较Boltzmann线性叠加法更加适用于处理蠕变数据。以围压100 kPa下的蠕变试验曲线为例，结合最小二乘法的拟合分析，建立了广义kelvin模型与改进分数阶Maxwell蠕变模型，得到的蠕变模型具有参数少、适用性较强的特点。

关键词：泥炭质土三轴蠕变蠕变特性蠕变模型