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岩盐弹塑性损伤耦合模型研究

岩土力学 2011年第2期32卷 363-368,374页

作者：房敬年周辉胡大伟邵建富梁玉雷中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学国家重点实验室武汉430071 法国里尔科技大学里尔力学实验室法国里尔59655

岩盐力学模型是进行能源岩盐储存工程稳定性分析的基础,而损伤和塑性机制并存且相互耦合是岩盐力学行为的基本特点。采用云应岩盐,进行了多组围压条件下的三轴压缩试验,分析了不同围压下岩盐的变形特征。在试验分析的基础上,提出了一种... 详细信息

岩盐力学模型是进行能源岩盐储存工程稳定性分析的基础,而损伤和塑性机制并存且相互耦合是岩盐力学行为的基本特点。采用云应岩盐,进行了多组围压条件下的三轴压缩试验,分析了不同围压下岩盐的变形特征。在试验分析的基础上,提出了一种能够描述岩盐特性的弹塑性损伤耦合的模型,该模型描述了岩盐损伤的演化和塑性变形的耦合关系,并引入了一种非关联的塑性流动法则来描述岩盐从塑性体积压缩到膨胀的转化。采用该模型对在三轴压缩下的岩盐应力-应变关系进行了模拟分析,并与试验数据进行了对比,结果表明该模型能够较好地描述岩盐的主要力学和变形特性。

关键词：岩盐力学模型弹塑性损伤耦合

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大理岩破坏阶段Biot系数研究

岩土力学 2009年第12期30卷 3727-3732页

作者：胡大伟周辉谢守益张凯邵建富冯夏庭中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学和工程国家重点实验室武汉430071 法国里尔科技大学里尔力学实验室法国里尔59655

在流固耦合研究中经常采用有效应力原理,Biot系数的确定为其中困难之一。为了研究含裂纹大理岩中Biot系数演化规律,在三轴压缩塑性变形后期阶段的不同轴向变形条件下,进行轴向压力加卸载循环;并在轴向压力卸载末期对岩样施加孔隙水压力... 详细信息

在流固耦合研究中经常采用有效应力原理,Biot系数的确定为其中困难之一。为了研究含裂纹大理岩中Biot系数演化规律,在三轴压缩塑性变形后期阶段的不同轴向变形条件下,进行轴向压力加卸载循环;并在轴向压力卸载末期对岩样施加孔隙水压力。通过记录试样的变形,在Shao提出的Biot系数计算方法的基础上,计算轴向和侧向Biot系数。得到了不同围压条件下轴向和侧向Biot系数随轴向变形的演化规律,并对此进行了深入分析。结果表明:(1)Biot系数表现为各向异性,三轴压缩试验时,试样中大部分裂纹沿最大正应力方向扩展,是造成这种现象的直接原因;(2)轴向和侧向Biot系数随着轴向变形的增大而增大,轴向变形的增大引起岩样中裂纹扩展,导致Biot系数增大;(3)低围压条件下轴向和侧向Biot系数均比高围压条件下的值大,这是由于破坏方式不同引起的。

关键词： Biot系数塑性变形裂纹流固耦合

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砂岩三轴循环加卸载条件下的渗透率研究

岩土力学 2010年第9期31卷 2749-2754页

作者：胡大伟周辉潘鹏志张凯邵建富冯夏庭中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学和工程国家重点实验室武汉430071 法国里尔科技大学里尔力学实验室法国里尔59655

渗透率是地下工程的流-固耦合分析中的一个关键因素。对多孔红砂岩进行了三轴压缩试验,在不同变形阶段实施了轴向应力循环加卸载,并在试验全过程中测量轴向渗透率,得到了试样破坏全过程的渗透率演化规律。从平均应力和循环加卸载对渗透... 详细信息

渗透率是地下工程的流-固耦合分析中的一个关键因素。对多孔红砂岩进行了三轴压缩试验,在不同变形阶段实施了轴向应力循环加卸载,并在试验全过程中测量轴向渗透率,得到了试样破坏全过程的渗透率演化规律。从平均应力和循环加卸载对渗透率的影响等两方面进行了深入分析,结果表明,(1)随着轴向变形的增加,初始压密阶段和弹性变形试样渗透率均匀减小;进入塑性变形阶段,渗透率与轴向变形的曲线逐渐趋于水平,低围压条件下渗透率略有增加。(2)轴向加载使骨架颗粒被压缩,引起孔隙减小,造成渗透率减小;采用经验公式定量描述了渗透率和平均应力之间的关系。(3)轴向应力循环加卸载过程中,骨架颗粒的不可恢复变形引起渗透率产生不可恢复现象。(4)峰值后渗透率只发生少许突跳,说明对于多孔砂岩,孔隙和裂隙对渗透率的影响相当,且渗透率的突跳程度随着围压的升高而降低。

关键词：渗透率砂岩孔隙应力循环平均应力

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峰后大理岩非线性渗流特征及机制研究

岩石力学与工程学报 2009年第3期28卷 451-458页

作者：胡大伟周辉谢守益邵建富冯夏庭中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学和工程国家重点实验室湖北武汉430071 法国里尔科技大学里尔力学实验室法国里尔59655

在围岩开挖扰动区中,围岩应力和裂隙水压力将会显著地影响其渗流性质。当水头压力梯度增大时,渗流速率增大,Darcy流转化为非线性渗流。首先,采用研制的温度–应力–渗流耦合的岩石力学试验系统进行不同静水压力下大理岩峰后非线性渗流试... 详细信息

在围岩开挖扰动区中,围岩应力和裂隙水压力将会显著地影响其渗流性质。当水头压力梯度增大时,渗流速率增大,Darcy流转化为非线性渗流。首先,采用研制的温度–应力–渗流耦合的岩石力学试验系统进行不同静水压力下大理岩峰后非线性渗流试验,研究渗流速率随压力梯度的演化规律,将其演化过程分为稳定Darcy流、Darcy流向非线性渗流过渡段和非线性渗流3个阶段进行分析,并采用完全二次多项式描述渗流速率与水头压力梯度的关系。然后,通过试验中记录的变形数据,拟合临界启动压力梯度和裂隙水力开度与试样侧向变形的函数关系式,得到不同静水压力条件下由水头压力引起的裂隙水力开度的变化规律;并深入分析临界启动压力梯度、固有渗透系数和二次项系数演化的内在机制。随着静水压力的升高,试样中裂隙水力开度逐渐减小,引起固有渗透系数逐渐减小,二次项系数和临界启动压力梯度逐渐增大;随着水头压力的增大,裂隙水力开度逐渐增大,引起固有渗透系数增大,临界启动压力梯度和二次项系数减小。

关键词：岩石力学非Darcy流固有渗透系数二次项系数临界启动压力梯度水力开度

基于均匀化理论的岩石细观力学损伤模型及其应用研究

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岩石力学与工程学报 2008年第2期27卷 266-272页

作者：朱其志胡大伟周辉谢守益邵建富里尔科技大学里尔力学实验室法国里尔59655 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

基于均匀化理论构建细观力学损伤模型的热动力学框架,提出运用Eshelby夹杂问题解的岩石损伤摩擦耦合模型。其中,岩石被认为是由弹性固体基质和裂纹构成的非均匀材料。在细观力学分析的基础上,首先导出裂隙岩体宏观自由能的一般表达式及... 详细信息

基于均匀化理论构建细观力学损伤模型的热动力学框架,提出运用Eshelby夹杂问题解的岩石损伤摩擦耦合模型。其中,岩石被认为是由弹性固体基质和裂纹构成的非均匀材料。在细观力学分析的基础上,首先导出裂隙岩体宏观自由能的一般表达式及相应的热力学力,进而采用库仑型滑动摩擦准则和非关联流动法则来确定非弹性应变的变化率;损伤的演化用修正的Mazars损伤准则来描述。该模型能够考虑岩石及岩石类材料在外力作用下的主要力学现象如非线性应力–应变关系、材料损伤的各项异性、裂纹面内损伤和滑移的耦合、静水压力对力学响应的影响、体积膨胀以及裂纹闭合效应等。用提出的细观损伤模型模拟大理岩的常规三轴试验。研究结果表明,模拟值和试验值之间有较好的一致性,从而验证了模型的合理性和有效性。

关键词：岩石力学均匀化细观力学损伤摩擦热动力学大理岩

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脆性岩石各向异性损伤和渗透性演化规律研究

岩石力学与工程学报 2008年第9期27卷 1822-1827页

作者：胡大伟朱其志周辉邵建富冯夏庭中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学和工程国家重点实验室湖北武汉430071 里尔科技大学里尔力学实验室法国里尔59655

在压应力作用下,脆性岩石的渗透性随着裂纹的扩展而演化。通过试验观察和微观机制分析,提出渗透系数计算方法。在已建立的细观损伤力学模型的基础上,对摩擦准则和加载函数进行改进,采用改进模型模拟Lac du Bonnet花岗岩三轴压缩试验。... 详细信息

在压应力作用下,脆性岩石的渗透性随着裂纹的扩展而演化。通过试验观察和微观机制分析,提出渗透系数计算方法。在已建立的细观损伤力学模型的基础上,对摩擦准则和加载函数进行改进,采用改进模型模拟Lac du Bonnet花岗岩三轴压缩试验。根据力学模型中得到的损伤变量和裂纹的法向、切向位移,引入连通系数描述裂纹扩展过程中,裂纹逐渐贯通形成渗流通道,采用立方定律作为单个裂纹中渗流方程,利用细观力学定义裂纹半径和等效开度,对各方向裂纹上的渗流速度进行平均化,得到渗透系数张量计算方法。采用此方法对Lac du Bonnet花岗岩现场试验结果进行模拟,比较轴向和侧向渗透系数的不同演化规律,预测不同围压条件下轴向渗透系数的演化规律。分析结果表明,模型的计算值与试验值非常吻合,验证了模型的适用性。

关键词：岩石力学细观力学各向异性损伤渗透性演化流固耦合

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积水和降雨下非饱和重塑黄土水分入渗模拟

同济大学学报（自然科学版） 2019年第11期47卷 1565-1573页

作者：胡海军李博鹏田堪良巴亚东崔玉军西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100 法国国立路桥大学纳维尔研究所岩土力学实验室巴黎77455

为合理预测积水和降雨情况下非饱和重塑黄土水分迁移过程,在已有模型基础上,提出了能合理考虑浸润锋处吸力作用和水分剖面形状的改进模型,并给出了该模型计算方法以及求解Richard方程数值方法所需渗透参数的可靠确定方法.研究结果表明:... 详细信息

为合理预测积水和降雨情况下非饱和重塑黄土水分迁移过程,在已有模型基础上,提出了能合理考虑浸润锋处吸力作用和水分剖面形状的改进模型,并给出了该模型计算方法以及求解Richard方程数值方法所需渗透参数的可靠确定方法.研究结果表明:与已有模型相比,改进模型能更准确地预测室内一维非饱和重塑黄土土柱积水入渗试验中浸润锋迁移过程和各测点水分变化过程;采用改进浸润锋前进法获得的非饱和渗透系数函数,比采用根据室内饱和渗透试验和持水曲线间接获得的参数所得预测结果更为准确;降雨分析中,改进模型得到径流发生后的水分剖面基本接近于数值方法分析结果,特别是在试样干密度比较大的情况.

关键词：非饱和黄土降雨入渗 Green-Ampt修正模型浸润锋前进法

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粘土岩饱和-非饱和渗流机理研究

岩石力学与工程学报 2004年第21期23卷 3689-3694页

作者：陈卫忠邵建富杨春和李飞李术才苏坤中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学重点实验室里尔科技大学国家科研中心力学实验室山东大学岩土与结构工程中心济南250061 法国国家核废料管理局

非饱和渗流、应力耦合行为是影响粘土类工程岩体的强度和稳定性的重要因素。基于粘土岩实验室非饱和渗流试验的结果,应用塑性应变硬化的非饱和渗流、应力耦合模型,研究在隧道开挖、混凝土衬砌支护和通风的过程中围岩干缩和膨胀的力学机... 详细信息

非饱和渗流、应力耦合行为是影响粘土类工程岩体的强度和稳定性的重要因素。基于粘土岩实验室非饱和渗流试验的结果,应用塑性应变硬化的非饱和渗流、应力耦合模型,研究在隧道开挖、混凝土衬砌支护和通风的过程中围岩干缩和膨胀的力学机理,得到了围岩内渗流的初始饱和→非饱和→近饱和过程,研究成果对解释工程现场的泥化、崩解机理具有重要的理论和实践意义。

关键词：工程岩体干缩饱和-非饱和渗流支护通风粘土岩强度混凝土衬砌围岩泥化

COx黏土岩三轴压缩蠕变特性及速率阈值试验研究

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岩石力学与工程学报 2017年第3期36卷 644-649页

作者：张帆唐永生刘造保邵建富盛谦周辉湖北工业大学岩土力学与混凝土材料中法联合研究中心湖北武汉430071 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学和工程国家重点实验室湖北武汉430071 法国里尔科技大学里尔力学实验室法国里尔59650

黏土岩具有低渗性和自我裂缝修复能力等优点,被用于高放废物地质处置的候选基岩。出于高放废物处置库的长期性及高安全性要求,研究黏土岩的蠕变破坏特征显得极其重要。通过一系列黏土岩的单级三轴压缩蠕变试验,获得Callovo-Oxfordian(C... 详细信息

黏土岩具有低渗性和自我裂缝修复能力等优点,被用于高放废物地质处置的候选基岩。出于高放废物处置库的长期性及高安全性要求,研究黏土岩的蠕变破坏特征显得极其重要。通过一系列黏土岩的单级三轴压缩蠕变试验,获得Callovo-Oxfordian(COx)黏土岩较为精确的蠕变速率阈值范围。试验结果表明,发生蠕变破坏的蠕变速率阈值与黏土岩的湿度及所处围压等因素有关。总体上,当轴向蠕变速率低于2.5με/h,该类黏土岩很难发生蠕变破坏;但若高于58με/h,则黏土岩极易发生加速蠕变破坏;而处于两者之间的速率值,目前试验尚无明确结论。该阈值可用于在稳定蠕变阶段判断黏土岩是否会出现加速蠕变破坏。

关键词：岩石力学黏土岩蠕变试验蠕变速率加速蠕变蠕变阈值