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A creep model for ultra-deep salt rock considering thermal-mechanical damage under triaxial stress conditions 被引量:1
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作者 Chao Liang Jianfeng Liu +3 位作者 Jianxiong Yang Huining Xu Zhaowei Chen Lina Ran 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2024年第2期588-596,共9页
To investigate the specific creep behavior of ultra-deep buried salt during oil and gas exploitation,a set of triaxial creep experiments was conducted at elevated temperatures with constant axial pressure and unloadin... To investigate the specific creep behavior of ultra-deep buried salt during oil and gas exploitation,a set of triaxial creep experiments was conducted at elevated temperatures with constant axial pressure and unloading confining pressure conditions.Experimental results show that the salt sample deforms more significantly with the increase of applied temperature and deviatoric loading.The accelerated creep phase is not occurring until the applied temperature reaches 130℃,and higher temperature is beneficial to the occurrence of accelerated creep.To describe the specific creep behavior,a novel three-dimensional(3D)creep constitutive model is developed that incorporates the thermal and mechanical variables into mechanical elements.Subsequently,the standard particle swarm optimization(SPSO)method is adopted to fit the experimental data,and the sensibility of key model parameters is analyzed to further illustrate the model function.As a result,the model can accurately predict the creep behavior of salt under the coupled thermo-mechanical effect in deep-buried condition.Based on the research results,the creep mechanical behavior of wellbore shrinkage is predicted in deep drilling projects crossing salt layer,which has practical implications for deep rock mechanics problems. 展开更多
关键词 creep experiments creep model Thermal and mechanical damage fractional derivative
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Spatio-temporal evolution of pore and fracture structures in coal induced by initial damage and creep behavior:A real-time NMR-based approach
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作者 Lei Zhang Yimeng Wang +5 位作者 Mingzhong Gao Wenhao Jia Senlin Xie Wei Hou Xiangyu Wang Hao Zhang 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第10期1409-1425,共17页
Understanding the impact of mining disturbances and creep deformation on the macroscopic deformation and the microscopic pore and fracture structures(MPFS)of coal is paramount for ensuring the secure extraction of coa... Understanding the impact of mining disturbances and creep deformation on the macroscopic deformation and the microscopic pore and fracture structures(MPFS)of coal is paramount for ensuring the secure extraction of coal resources.This study conducts cyclic loading-unloading and creep experiments on coal using a low-field nuclear magnetic resonance(NMR)experimental apparatus which is equipped with mechanical loading units,enabling real-time monitoring the T2spectrum.The experiments indicated that cyclic loading-unloading stress paths initiate internal damage within coal samples.Under identical creep stress conditions,coal samples with more initial damages had more substantial instantaneous deformation and creep deformation during the creep process.After undergoing nearly 35 h of staged creep,the total strains for coal samples CC01,CC02,and CC03 reach 2.160%,2.261%,and 2.282%,respectively.In the creep stage,the peak area ratio of seepage pores and microfractures(SPM)gradually diminishes.A higher degree of initial damage leads to a more pronounced compaction trend in the SPM of coal samples.Considering the porosity evolution of SPM during the creep process,this study proposes a novel fractional derivative model for the porosity evolution of SPM.The efficacy of the proposed model in predicting porosity evolution of SPM is substantiated through experimental validation.Furthermore,an analysis of the impact mechanisms on key parameters in the model was carried out. 展开更多
关键词 COAL Microscopic pore and fracture structures Initial damage creep behavior fractional porosity model of seepage pores and microfractures Nuclear magnetic resonance
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Fractional description of mechanical property evolution of soft soils during creep 被引量:16
3
作者 De-shun YIN Yan-qing LI +1 位作者 Hao WU Xiao-meng DUAN 《Water Science and Engineering》 EI CAS CSCD 2013年第4期446-455,共10页
The motion of pore water directly influences mechanical properties of soils, which are variable during creep. Accurate description of the evolution of mechanical properties of soils can help to reveal the internal beh... The motion of pore water directly influences mechanical properties of soils, which are variable during creep. Accurate description of the evolution of mechanical properties of soils can help to reveal the internal behavior of pore water. Based on the idea of using the fractional order to reflect mechanical properties of soils, a fractional creep model is proposed by introducing a variable-order fractional operator, and realized on a series of creep responses in soft soils. A comparative analysis illustrates that the evolution of mechanical properties, shown through the simulated results, exactly corresponds to the motion of pore water and the solid skeleton. This demonstrates that the proposed variable-order fractional model can be employed to characterize the evolution of mechanical properties of and the pore water motion in soft soils during creep. It is observed that the fractional order from the proposed model is related to the dissipation rate of pore water pressure. 展开更多
关键词 variable-order fractional model fractional order soil creep evolution ofmechanical properties soft soil
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Pore-pressure and stress-coupled creep behavior in deep coal:Insights from real-time NMR analysis 被引量:1
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作者 Wenhao Jia Hongwei Zhou +3 位作者 Senlin Xie Yimeng Wang Xinfeng Hu Lei Zhang 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第1期77-90,共14页
Understanding the variations in microscopic pore-fracture structures(MPFS) during coal creep under pore pressure and stress coupling is crucial for coal mining and effective gas treatment. In this manuscript, a triaxi... Understanding the variations in microscopic pore-fracture structures(MPFS) during coal creep under pore pressure and stress coupling is crucial for coal mining and effective gas treatment. In this manuscript, a triaxial creep test on deep coal at various pore pressures using a test system that combines in-situ mechanical loading with real-time nuclear magnetic resonance(NMR) detection was conducted.Full-scale quantitative characterization, online real-time detection, and visualization of MPFS during coal creep influenced by pore pressure and stress coupling were performed using NMR and NMR imaging(NMRI) techniques. The results revealed that seepage pores and microfractures(SPM) undergo the most significant changes during coal creep, with creep failure gradually expanding from dense primary pore fractures. Pore pressure presence promotes MPFS development primarily by inhibiting SPM compression and encouraging adsorption pores(AP) to evolve into SPM. Coal enters the accelerated creep stage earlier at lower stress levels, resulting in more pronounced creep deformation. The connection between the micro and macro values was established, demonstrating that increased porosity at different pore pressures leads to a negative exponential decay of the viscosity coefficient. The Newton dashpot in the ideal viscoplastic body and the Burgers model was improved using NMR experimental results, and a creep model that considers pore pressure and stress coupling using variable-order fractional operators was developed. The model’s reasonableness was confirmed using creep experimental data. The damagestate adjustment factors ω and β were identified through a parameter sensitivity analysis to characterize the effect of pore pressure and stress coupling on the creep damage characteristics(size and degree of difficulty) of coal. 展开更多
关键词 Real-time monitoring Pore pressure-stress coupling Microscopic pore-fracture structure variable-order fractional creep model Deep coal
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考虑时效损伤的炭质泥页岩分数阶蠕变模型研究
5
作者 徐心语 胡斌 +2 位作者 董承旺 张红军 李海英 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第1期141-152,共12页
为探究边坡失稳的内在致灾机理,针对软弱夹层这一重要影响因素进行研究。以炭质泥页岩软弱夹层为主要研究对象,进行炭质泥页岩的分级剪切蠕变试验,揭示其蠕变规律,确定了其不同法向应力水平下的长期强度。通过对传统Maxwell体进行改进,... 为探究边坡失稳的内在致灾机理,针对软弱夹层这一重要影响因素进行研究。以炭质泥页岩软弱夹层为主要研究对象,进行炭质泥页岩的分级剪切蠕变试验,揭示其蠕变规律,确定了其不同法向应力水平下的长期强度。通过对传统Maxwell体进行改进,将传统黏性元件替换为分数阶元件,引入考虑时效损伤的黏塑性体,建立考虑时效损伤的炭质泥页岩分数阶蠕变模型;基于1stOpt软件中的优化Levenberg-Marquardt法对炭质泥页岩试验蠕变曲线进行拟合,对模型的准确性进行了验证,并对模型进行参数敏感性分析。研究结果表明:与传统西原模型相比,改进的模型对试验数据有更好的拟合度,能够完整表征炭质泥页岩的减速、等速和加速蠕变阶段,尤其与加速蠕变阶段蠕变曲线的表征高度吻合;蠕变曲线变化由参数γ、A、v控制,材料参数A、v反映了炭质泥页岩的物理力学强度。研究结果可为含炭质泥页岩软弱夹层的边坡稳定性分析提供一定的参考。 展开更多
关键词 边坡失稳 分数阶元件模型 时效损伤 蠕变损伤模型 1stOpt 敏感性分析
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深部硬脆性岩石分数阶蠕变损伤模型研究 被引量:1
6
作者 邵珠山 朱意明 +3 位作者 陈浩哲 韩邹红 黄新彩 张媛媛 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期853-860,共8页
硬脆性岩石与软弱岩石一样会发生蠕变破坏,因此研究其蠕变特性对围岩的稳定性具有重要意义。假设黏滞系数与初始弹性模量的幂次方成正比,以此表征岩石初始的软硬和致密状态对其蠕变行为的影响,提出一种改进的分数阶非线性黏滞体,以描述... 硬脆性岩石与软弱岩石一样会发生蠕变破坏,因此研究其蠕变特性对围岩的稳定性具有重要意义。假设黏滞系数与初始弹性模量的幂次方成正比,以此表征岩石初始的软硬和致密状态对其蠕变行为的影响,提出一种改进的分数阶非线性黏滞体,以描述衰减和稳定蠕变阶段的黏弹性特征;根据连续损伤力学理论,引入损伤因子,建立了考虑时效损伤的分数阶非线性损伤黏塑性体,以描述加速蠕变阶段的力学行为。将胡克体、改进分数阶非线性黏滞体和分数阶非线性损伤黏塑性体串联,建立一个硬脆性岩石非线性蠕变损伤模型,并验证其合理性,试验曲线与模型理论曲线吻合良好,说明该模型能较好描述硬脆性岩石蠕变全过程。对模型参数进行敏感性分析,讨论其对蠕变行为的影响,结果表明相关参数对准确描述硬脆性岩石的蠕变特征有重要作用。 展开更多
关键词 蠕变模型 硬脆性岩石 分数阶微积分 时效损伤
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卸围压下弱胶结软岩分数阶蠕变损伤本构模型
7
作者 刘家顺 周妮 +2 位作者 左建平 郑智勇 金佳旭 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2937-2948,共12页
为研究地下硐室开挖卸荷诱发的软岩蠕变损伤特征,以西部矿区弱胶结软岩为研究对象,利用GDS HPTAS开展了分级卸围压蠕变试验,研究了不同含水条件下弱胶结软岩卸围压下蠕变特征和蠕变速率特征。基于稳态蠕变速率倒数的方法,确定了弱胶结... 为研究地下硐室开挖卸荷诱发的软岩蠕变损伤特征,以西部矿区弱胶结软岩为研究对象,利用GDS HPTAS开展了分级卸围压蠕变试验,研究了不同含水条件下弱胶结软岩卸围压下蠕变特征和蠕变速率特征。基于稳态蠕变速率倒数的方法,确定了弱胶结软岩长期强度和含水率的数学指数函数关系。基于蠕变速率曲线特征提出了一种确定衰减蠕变与等速蠕变分界点t_1和等速蠕变与加速蠕变分界点t_2的新方法。引入Riemann-Liouville分数阶积分算子和负时间指数损伤演化变量,定义了非线性损伤Abel黏壶,建立了一个包括弹性元件、黏弹性损伤元件、黏性元件和非线性黏塑性损伤元件的六元件分数阶蠕变损伤本构模型。基于试验结果,采用Trust-Region算法进行了模型参数识别和敏感性分析。结果表明,所建立的模型具有物理意义明确、与试验值吻合度较高等特点,可较为准确地反映开挖卸荷条件下弱胶结软岩蠕变损伤特性,对保障地下工程长期稳定性具有重要的意义。 展开更多
关键词 弱胶结软岩 卸围压 分数阶积分 蠕变损伤本构模型 长期强度
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基于分数阶黏壶元件的岩石损伤蠕变模型
8
作者 荣传新 王镇森 +1 位作者 安刚建 施鑫 《安徽理工大学学报(自然科学版)》 CAS 2024年第3期35-41,共7页
目的为了建立一个能描述岩石蠕变全过程的蠕变模型。方法首先以分数阶黏壶元件描述岩石的黏弹性,采用基于Kachanov损伤率公式的损伤体描述岩石的粘塑性并串联一个胡克体建立成只有四个元件的蠕变模型。然后,将其本构方程推广到三维应力... 目的为了建立一个能描述岩石蠕变全过程的蠕变模型。方法首先以分数阶黏壶元件描述岩石的黏弹性,采用基于Kachanov损伤率公式的损伤体描述岩石的粘塑性并串联一个胡克体建立成只有四个元件的蠕变模型。然后,将其本构方程推广到三维应力状态,考虑球应力,并引入一个屈服函数来准确判断岩石是否发生非稳定蠕变。最后,采用最小二乘法分析得到模型参数,用红砂岩和砂质泥岩的蠕变实验数据验证模型的有效性。结果新的蠕变模型理论曲线与实验数据曲线吻合较好,可以描述岩石蠕变的全过程。结论新的蠕变模型解决了经典模型在描述岩石蠕变时的模型复杂和参数较多的问题,对研究岩石蠕变特性具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 分数阶黏壶元件 损伤 蠕变模型 屈服函数 最小二乘法
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软岩非线性蠕变损伤模型及其试验研究 被引量:20
9
作者 黄海峰 巨能攀 +2 位作者 黄敏 张成强 朱俊霖 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2017年第3期49-54,60,共7页
为了反映软岩蠕变全过程,进行红层泥岩蠕变力学试验,试验发现弹性模量随时间的增长而逐渐衰减,黏滞系数在应力恒定且并未达到屈服应力的情况下,随时间的增长而逐渐增大。因此认为传统理论流变力学中的蠕变损伤处理方法不适用于将黏滞系... 为了反映软岩蠕变全过程,进行红层泥岩蠕变力学试验,试验发现弹性模量随时间的增长而逐渐衰减,黏滞系数在应力恒定且并未达到屈服应力的情况下,随时间的增长而逐渐增大。因此认为传统理论流变力学中的蠕变损伤处理方法不适用于将黏滞系数进行损伤演化,故引入分数阶微积分来描述软岩蠕变的黏弹性和黏塑性应变。通过构建一个考虑蠕变时效损伤的弹性体,并将其与基于分数阶微积分的黏滞和黏塑性体进行串联,从而建立一个新的非线性蠕变损伤模型。依据红层泥岩和相关文献中冻结软岩及红砂岩的蠕变试验数据,通过该软岩蠕变损伤模型对其进行辨识,充分显示出所建模型的合理性和适用性。 展开更多
关键词 蠕变 弹性模量 黏滞系数 蠕变损伤模型 分数阶微积分
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基于等效黏弹性的变阶分数阶岩石损伤蠕变模型 被引量:20
10
作者 李德建 刘校麟 韩超 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期3831-3839,共9页
基于分数阶Zener模型与时变黏性Zener模型之间的等效黏弹性,突出弛豫时间在岩石流变黏弹性演变过程中的重要性。当弛豫时间趋近于无穷大,蠕变过程中的黏性演变等同于松弛过程中的黏性演变,并且建立了与弛豫时间相关的损伤因子,解释了损... 基于分数阶Zener模型与时变黏性Zener模型之间的等效黏弹性,突出弛豫时间在岩石流变黏弹性演变过程中的重要性。当弛豫时间趋近于无穷大,蠕变过程中的黏性演变等同于松弛过程中的黏性演变,并且建立了与弛豫时间相关的损伤因子,解释了损伤因子在岩石流变变形过程的物理意义。利用弛豫时间建立分数阶变阶函数,依此构造变阶分数阶损伤蠕变模型,并且将模型推广到三向应力状态,给出三向应力状态下变阶分数阶损伤蠕变模型。最后基于砂岩的三轴蠕变试验数据,验证了三轴状态下变阶分数阶损伤蠕变模型的可应用性和合理性,试验数据与模型拟合曲线吻合度较高,可以较好地描述蠕变全过程力学行为。模型拟合参数的有效性得到分析和验证,增加了模型在其他复杂应力环境下的可应用性。 展开更多
关键词 岩石流变 等效黏弹性 弛豫时间 损伤演变 变阶分数阶损伤蠕变模型
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岩石非线性蠕变损伤模型研究 被引量:7
11
作者 王军保 刘新荣 +1 位作者 邵珠山 王铁行 《现代隧道技术》 EI 北大核心 2014年第3期79-84,共6页
为了反映岩石蠕变全过程,文章基于损伤力学理论,通过引入Kachanov蠕变损伤演化规律,构建了可反映岩石加载瞬时变形和加速蠕变的考虑时效损伤的弹性体元件,并将该元件与能够描述岩石衰减和稳态蠕变的分数阶粘滞体元件进行串联,建立了一... 为了反映岩石蠕变全过程,文章基于损伤力学理论,通过引入Kachanov蠕变损伤演化规律,构建了可反映岩石加载瞬时变形和加速蠕变的考虑时效损伤的弹性体元件,并将该元件与能够描述岩石衰减和稳态蠕变的分数阶粘滞体元件进行串联,建立了一个新的2元件非线性蠕变损伤模型及其蠕变方程,同时利用相关文献中的岩石蠕变试验结果对模型拟合效果进行了分析验证。研究结果表明:该非线性损伤模型能够准确描述岩石蠕变全过程的三个阶段,且拟合曲线和试验曲线吻合良好,误差较小,充分显示了其合理性和适用性。 展开更多
关键词 岩石蠕变 非线性损伤模型 时效损伤 分数阶粘滞体
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巷道底板砂岩三轴压缩蠕变试验与分数阶模型 被引量:4
12
作者 刘朝科 任建喜 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2020年第6期1003-1009,共7页
为解决传统非线性蠕变模型不能反映模型参数的损伤时效问题,采用西安科技大学和长春朝阳试验仪器有限公司联合研制的高温三轴流变试验机对煤矿巷道底板软砂岩试样进行了三轴压缩蠕变实验,得到软砂岩在三轴压缩下的蠕变变形规律和破坏特... 为解决传统非线性蠕变模型不能反映模型参数的损伤时效问题,采用西安科技大学和长春朝阳试验仪器有限公司联合研制的高温三轴流变试验机对煤矿巷道底板软砂岩试样进行了三轴压缩蠕变实验,得到软砂岩在三轴压缩下的蠕变变形规律和破坏特征。基于分数阶微分理论,考虑模型参数的损伤时效,通过引入损伤变量,推导得到了一维四元件非定常分数阶蠕变损伤模型和三维模型,并对模型参数进行了敏感性分析,参数β变化可描述砂岩的不同阶段的变形特点,参数α可描述砂岩随时间的损伤规律。根据蠕变试验数据,采用粒子群算法和最小二乘法对分数阶模型参数进行了辨识,将试验曲线、分数阶模型与Burgers模型曲线进行了对比分析,验证了模型的正确性和优越性。研究结果表明,随着底板软砂岩的偏应力水平增大,瞬时应变、蠕变变形、蠕变速率及损伤程度也随着增大,巷道底板的偏应力水平是控制软砂岩变形的关键因素;建立的非定常分数阶蠕变损伤模型能够准确描述巷道底板软砂岩的衰减蠕变、稳态蠕变和加速蠕变的变形特征,尤其描述软砂岩加速段变形规律具有一定的优势,与传统的Burgers模型相比,且具有参数少,并能反映不同阶段模型参数损伤规律的特点。研究结果对相关工程具有一定的应用价值。 展开更多
关键词 巷道底板软砂岩 三轴压缩蠕变 蠕变损伤 分数阶微分模型
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考虑时效损伤的岩石分数阶蠕变本构模型 被引量:3
13
作者 苏艳军 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2022年第3期92-97,103,共7页
为准确描述岩石蠕变变形破坏全过程,引入连续损伤和分数阶微积分理论建立全面、简练的蠕变本构模型。首先基于弹性模量随时间衰减规律,根据能量损伤的方式定义损伤变量,构建考虑时效损伤的弹性体,并验证该损伤演化方式的可行性。采用Rie... 为准确描述岩石蠕变变形破坏全过程,引入连续损伤和分数阶微积分理论建立全面、简练的蠕变本构模型。首先基于弹性模量随时间衰减规律,根据能量损伤的方式定义损伤变量,构建考虑时效损伤的弹性体,并验证该损伤演化方式的可行性。采用Riemann-Liouville型分数阶微积分算子理论,构建具有非线性特征的分数阶软体元件,利用该软体元件作为分数阶黏滞体描述岩石黏弹性应变,在该软体元件的基础上进行损伤演化,得到考虑时效损伤的分数阶黏塑性体。联合分数阶黏滞体、考虑时效损伤的弹性体和分数阶黏塑性体,建立一个新的考虑时效损伤的分数阶蠕变本构模型。给出参数解析方法,利用泥质板岩蠕变数据验证模型合理性和优越性。分析损伤发展过程,判断模型参数敏感度,并通过红砂岩、千枚岩单轴压缩各向异性蠕变特性试验研究蠕变试验数据验证模型适用性。研究成果为岩石蠕变全过程辨识及岩体工程长期稳定性研究提供一定参考。 展开更多
关键词 岩石 分数阶 蠕变 时效损伤 本构模型
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基于分数阶微积分的岩石蠕变损伤本构模型 被引量:3
14
作者 刘峻松 黄海峰 +2 位作者 黄敏 杨豪 蓝康文 《人民长江》 北大核心 2018年第7期81-85,共5页
为了反映岩石蠕变特性,采用YSJ-01-00岩石三轴流变试验机进行砂岩三轴压缩蠕变试验,基于岩石蠕变的阶段特征,提出通过弹性体、基于分数阶微积分的软体元件和黏塑性体分别描述岩石蠕变的弹性应变、黏弹性应变和黏塑性应变。依据连续损伤... 为了反映岩石蠕变特性,采用YSJ-01-00岩石三轴流变试验机进行砂岩三轴压缩蠕变试验,基于岩石蠕变的阶段特征,提出通过弹性体、基于分数阶微积分的软体元件和黏塑性体分别描述岩石蠕变的弹性应变、黏弹性应变和黏塑性应变。依据连续损伤理论对弹性体和分数阶黏塑性体进行改进,通过SN元件改进分数阶软体。利用综合改进后的考虑时效损伤的弹性体和基于分数阶微积分的非定常黏滞体和非定常黏塑性体,构建了新的三元件蠕变损伤本构模型,并用遗传算法得到了模型参数。对比试验曲线和模型拟合曲线,表明所建模型具有合理性和适用性,可为红层边坡流变特性的研究提供一定参考。 展开更多
关键词 分数阶微积分 岩石蠕变 损伤 本构模型 SN元件
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考虑损伤的岩石非线性蠕变模型 被引量:7
15
作者 王晓波 万玲 《科学技术与工程》 北大核心 2016年第20期1-5,21,共6页
蠕变行为广泛地存在于岩石类材料中,并对岩体的稳定性有着重要的影响。因此,对岩石类材料的蠕变行为进行深入的研究是很有必要的。为了更好地揭示岩石的蠕变机制,结合分数微积分理论,建立了一个考虑损伤的蠕变模型。通过推导元件的蠕变... 蠕变行为广泛地存在于岩石类材料中,并对岩体的稳定性有着重要的影响。因此,对岩石类材料的蠕变行为进行深入的研究是很有必要的。为了更好地揭示岩石的蠕变机制,结合分数微积分理论,建立了一个考虑损伤的蠕变模型。通过推导元件的蠕变方程,得到了整个模型的蠕变本构方程;并基于广义塑性力学理论对此方程进行了三维应力状态下的扩展。结合一系列的煤岩、泥岩和盐岩三轴蠕变实验,对此模型进行了验证。将此新模型的验证结果和西原正夫模型进行了对比研究。结果表明,此模型能够更好地模拟岩石蠕变的全过程,尤其是加速蠕变。 展开更多
关键词 岩石 损伤 蠕变模型 三维本构方程 分数微积分
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滑带土分数阶损伤蠕变本构模型研究 被引量:2
16
作者 关顺 王来贵 孙闯 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2019年第1期52-57,共6页
为研究滑坡滑带土的蠕变特性,采用ZLB-1型三联直剪蠕变仪对露天矿滑带土进行分级加载蠕变试验,并基于分数阶微积分及损伤力学理论建立了分数阶损伤蠕变本构模型.结果表明:在同一时刻,剪切蠕变变形随剪切载荷的增加而增大;当剪切载荷低... 为研究滑坡滑带土的蠕变特性,采用ZLB-1型三联直剪蠕变仪对露天矿滑带土进行分级加载蠕变试验,并基于分数阶微积分及损伤力学理论建立了分数阶损伤蠕变本构模型.结果表明:在同一时刻,剪切蠕变变形随剪切载荷的增加而增大;当剪切载荷低于长期强度时,试样发生衰减蠕变;当剪切载荷高于长期强度时,试样发生等速蠕变及加速蠕变;滑带土蠕变的非线性程度随时间增加而提高.所建立的分数阶损伤蠕变本构模型对滑带土试样蠕变曲线的拟合决定系数在0.951 6~0.999 1,拟合精度较高,对蠕变三阶段都能够进行很好的描述. 展开更多
关键词 滑带土 蠕变 损伤 本构模型 分数阶微积分 滑坡
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考虑硬化和损伤效应的盐岩蠕变本构模型研究 被引量:8
17
作者 杨俊涛 宋彦琦 +3 位作者 马宏发 杨江坤 邵志鑫 鲍伟 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期2953-2966,共14页
盐岩是储存化石能源和高放射性核废料的理想介质,研究盐岩蠕变力学特性对地下盐岩储库的安全营运具有重要意义。为合理反映盐岩蠕变过程存在的损伤和硬化两种机制,以元件组合模型为基础,结合分数阶微积分理论建立了一种考虑损伤和硬化... 盐岩是储存化石能源和高放射性核废料的理想介质,研究盐岩蠕变力学特性对地下盐岩储库的安全营运具有重要意义。为合理反映盐岩蠕变过程存在的损伤和硬化两种机制,以元件组合模型为基础,结合分数阶微积分理论建立了一种考虑损伤和硬化效应的盐岩蠕变本构模型。该模型采用考虑时效损伤的弹性元件描述盐岩加载初期的损伤变形,采用分数阶村山体描述盐岩衰减蠕变阶段的黏弹塑性蠕变力学行为;通过引入描述盐岩屈服强度随时间强化的硬化函数来反映盐岩硬化机制;采用瞬时塑性元件描述不可恢复的瞬时变形。基于Kachanov蠕变损伤定律与Lemaitre应变等价原理构造了一种带有应变触发的非线性黏壶元件,该元件能够较好描述盐岩加速蠕变阶段的非线性变形特征。基于组合模型理论推导了考虑硬化和损伤效应的盐岩一维、三维蠕变方程;通过分析已有盐岩单、三轴蠕变试验等时应力-应变曲线特征,确定了村山体启动应力阈值;结合等时应力-应变曲线和蠕变试验数据对模型中的参数进行了辨识。结果表明:建立的蠕变本构模型仅用一组参数即能描述不同应力状态下盐岩的蠕变力学特性,可为预测盐岩蠕变变形特征提供一定的理论依据。 展开更多
关键词 盐岩蠕变 损伤 塑性硬化 分数阶导数 本构模型
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岩石分数阶蠕变损伤本构模型研究 被引量:5
18
作者 苏彦 张向东 周林林 《河北工程大学学报(自然科学版)》 CAS 2020年第1期19-23,共5页
红层边坡蠕滑现象显著,岩石具有较强的蠕变特性。为了反映岩石蠕变全过程,基于岩石蠕变的阶段特征,通过弹性体、基于分数阶微积分的软体元件和黏塑性体来分别描述岩石蠕变的弹性应变、黏弹性应变和黏塑性应变。将损伤变量加入弹性体,引... 红层边坡蠕滑现象显著,岩石具有较强的蠕变特性。为了反映岩石蠕变全过程,基于岩石蠕变的阶段特征,通过弹性体、基于分数阶微积分的软体元件和黏塑性体来分别描述岩石蠕变的弹性应变、黏弹性应变和黏塑性应变。将损伤变量加入弹性体,引入SN元件改进分数阶软体元件,综合改进后的考虑时效损伤的弹性体和基于分数阶微积分的非定常黏滞体和黏塑性体,构建新的三元件蠕变损伤本构模型。采用RLW-2000三轴流变试验系统开展红层泥岩三轴压缩蠕变试验,再引用相关文献中盐岩和红砂岩典型蠕变数据,通过三种岩石蠕变曲线对该模型进行验证,证明所建模型的合理性和适用性。 展开更多
关键词 分数阶 岩石 蠕变 损伤 本构模型 SN元件
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动载荷冲击后页岩蠕变试验及分数阶蠕变本构模型研究 被引量:1
19
作者 刘春 田纪辉 +3 位作者 孙海涛 魏明尧 李文龙 戴康 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期726-736,共11页
页岩存储层甲烷燃爆压裂技术利于提高页岩气的产量,但燃爆冲击会对井筒造成损伤,在地应力作用下井筒周围页岩蠕变会导致井身变形,引发井壁失稳.为了分析冲击强度对页岩蠕变特性的影响,开展了不同冲击强度条件下页岩试样单次和多次冲击试... 页岩存储层甲烷燃爆压裂技术利于提高页岩气的产量,但燃爆冲击会对井筒造成损伤,在地应力作用下井筒周围页岩蠕变会导致井身变形,引发井壁失稳.为了分析冲击强度对页岩蠕变特性的影响,开展了不同冲击强度条件下页岩试样单次和多次冲击试验,然后对不同冲击损伤程度的页岩试验进行分级加载蠕变试验.试验结果表明:蠕变总形变量随冲击强度的增加而增加,冲击强度由1.6 J增加到25.6 J,冲击试样的应变量较原样分别增加了7.3%,16.1%,31.5%.同时,冲击强度的增加会降低蠕变破坏应力水平,增强加速蠕变效果,增加减速阶段蠕变速率与持续时间.最后,提出了一种新的页岩非线性分数阶损伤蠕变模型.该模型由胡克体、黏性元件、分数阶元件、分数阶改进Kelvin模型及非线性分数阶黏塑性模型组成,与经典Burgers模型相对比,新模型能很好地拟合蠕变过程的各个阶段的应变数据,特别是在蠕变加速阶段拟合度更高.研究结果能够为分析燃爆冲击后页岩井筒蠕变特性提供理论支持. 展开更多
关键词 蠕变 分数阶 损伤 非线性模型
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基于变阶分数阶导数的岩石蠕变模型 被引量:35
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作者 苏腾 周宏伟 +3 位作者 赵家巍 车俊 孙晓彤 王雷 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期1355-1363,共9页
蠕变模型是描述岩石流变行为的主要形式。建立一个参数少、模拟性能好的岩石蠕变模型是岩石蠕变研究的一个重要方向。为此,从分数阶蠕变元件的物理意义出发,将材料的蠕变过程划分为弹性、弹性、黏塑性3个阶段,并通过引入变阶分数阶导数... 蠕变模型是描述岩石流变行为的主要形式。建立一个参数少、模拟性能好的岩石蠕变模型是岩石蠕变研究的一个重要方向。为此,从分数阶蠕变元件的物理意义出发,将材料的蠕变过程划分为弹性、弹性、黏塑性3个阶段,并通过引入变阶分数阶导数来描述这3个阶段。然而当载荷应力超过屈服应力时,岩石中微观裂纹会萌生、扩展和演化,导致蠕变损伤的积累并在黏塑性蠕变后期引起加速蠕变的发生。因此,考虑到损伤演化对岩石蠕变的影响,在加速蠕变阶段引入损伤系数来描述这一阶段应变的非线性增长。基于以上分析,在Scott-Blair分数阶元件和变系数分数阶元件的基础上,提出一种变阶分数阶非线性黏弹塑性蠕变模型,并将模型拓展到三维情形。平顶山深部煤体三轴蠕变实验的分段拟合结果表明,基于变阶分数阶导数的蠕变模型与实验数据吻合较好。这也验证了将分数阶导数的变阶看作是一个阶跃函数是合理的、可靠的。此外,通过进一步的参数拟合,在现有实验结果的基础上确定模型中的参数。结果表明,所提出的理论模型能较好地描述材料的蠕变特性,与实验数据吻合较好。 展开更多
关键词 岩石力学 蠕变模型 变阶数分数阶导数 损伤演化 深部煤体
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