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文檔簡介
1、流變性是巖石重要的力學(xué)特性之一,研究流變力學(xué)特性的最重要手段就是開展巖石流變力學(xué)試驗。隨著近年來大型地下洞室、開挖巷道逐步向深部發(fā)展,修建過程中的安全性以及運營期的穩(wěn)定性等巖石工程問題逐漸凸顯出來,而項目的長期穩(wěn)定性問題與巖石的流變力學(xué)特性密切相關(guān),同時一大批大型巖石工程項目的建設(shè)更是給巖石流變力學(xué)的研究帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),因此開展巖體(特別是深部軟弱圍巖)在單向、三向應(yīng)力條件下的流變力學(xué)特性研究具有重大的理論價值和實踐意義。本文以國家自
2、然科學(xué)基金項目(50874043):深部圍巖蠕變損傷特性及其應(yīng)用研究為依托,以湖南邵東縣牛馬司水井頭煤礦為工程背景,采用試驗研究、數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法,基于單軸、三軸壓縮變形試驗和蠕變特性試驗來探討巖石的瞬時力學(xué)強(qiáng)度、變形特性和流變力學(xué)特性,主要研究粉砂巖在不同應(yīng)力水平和狀態(tài)下的流變力學(xué)特性,建立與之適用的單軸、三軸流變本構(gòu)模型,在VC++的環(huán)境下實現(xiàn)自定義本構(gòu)模型的程序研制,并在FLAC3D軟件中實現(xiàn)自定義模型的調(diào)用,進(jìn)行與室內(nèi)蠕
3、變特性試驗同條件的蠕變試驗數(shù)值模擬研究,并對不同參數(shù)對蠕變特性的影響進(jìn)行敏感性分析。
本文的主要研究工作如下:
(1)基于RMT-150C伺服試驗機(jī)得到的粉砂巖單軸、三軸壓縮瞬時力學(xué)特性試驗結(jié)果,求取了巖石的各項基本力學(xué)和變形參數(shù),并從應(yīng)力應(yīng)變曲線的特征、強(qiáng)度及變形指標(biāo)、破壞形態(tài)角度,分析了單軸、不同圍壓的三軸條件下粉砂巖的瞬時力學(xué)特性及變化規(guī)律,探討了不同應(yīng)力狀態(tài)下粉砂巖壓縮瞬時破壞機(jī)理。
(2)基于RY
4、L-600巖石三軸流變試驗機(jī)對粉砂巖進(jìn)行單軸、三軸流變特性試驗,研究了巖石在不同應(yīng)力水平和圍壓下軸向應(yīng)變隨時間變化的規(guī)律,分析了等時應(yīng)力應(yīng)變曲線的特征。通過對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行粘彈塑性分離,進(jìn)一步探討了巖石流變的粘彈塑性特征,探討了不同應(yīng)力水平下軸向蠕變應(yīng)變穩(wěn)定蠕變速率的變化規(guī)律,分析了巖石在蠕變破壞荷載下軸向應(yīng)變、軸向流變速率的變化規(guī)律,并對比分析了軸向、側(cè)向蠕變的變化規(guī)律,由此掌握了粉砂巖單軸、三軸流變特性的規(guī)律,同時為流變數(shù)值分析時參數(shù)
5、的辨識提供了可靠的試驗依據(jù)。
?。?)基于粉砂巖單軸流變試驗研究結(jié)果,通過對理想塑性體進(jìn)行改進(jìn),進(jìn)一步將其與廣義開爾文體串聯(lián),得到了一個新的能全面反映巖石瞬彈、瞬塑、粘彈、粘塑的六元件粘彈塑性流變模型(mcvisc模型);基于粉砂巖三軸流變試驗研究結(jié)果,在西原模型的基礎(chǔ)上,通過串聯(lián)一個開爾文體,得到了一個能全面反映巖石瞬彈、粘彈、粘塑的七元件粘彈塑性流變模型(mcvisc2模型);基于單軸、三軸流變試驗曲線,利用數(shù)學(xué)軟件Orig
6、in8.0強(qiáng)大的非線性擬合功能自定義擬合函數(shù),對建立的單軸、三軸流變本構(gòu)模型進(jìn)行參數(shù)的辨識。
?。?)基于已建立的單軸、三軸流變本構(gòu)模型,將其三維形式的本構(gòu)關(guān)系進(jìn)一步推導(dǎo)為有限差分形式,在VC++的環(huán)境下以FLAC3D內(nèi)嵌的cvisc模型為藍(lán)本分別對單軸、三軸流變模型實現(xiàn)了自定義本構(gòu)模型的程序研制,并分別編譯成動態(tài)鏈接庫文件mcvisc.dll和mcvisc2.dll。利用FLAC3D內(nèi)嵌的本構(gòu)模型對模型的退化形式進(jìn)行驗證,以此
7、證明模型開發(fā)的正確性和適應(yīng)性?;诖藢Τ绦虻拈_發(fā)流程和程序研制中的關(guān)鍵問題進(jìn)行了簡要的介紹。
?。?)在FLAC3D軟件中分別調(diào)用自行研制的本構(gòu)模型(mcvisc模型和mcvisc2模型),分別開展與室內(nèi)流變試驗同條件的單軸、三軸數(shù)值流變試驗?zāi)M研究,通過對比數(shù)值結(jié)果與流變試驗結(jié)果,驗證了自定義模型的正確性和適應(yīng)性?;跀?shù)值試驗結(jié)果進(jìn)一步探討軸向、側(cè)向流變變化規(guī)律并對比分析其對流變變化的敏感性差異,同時對試件側(cè)向不同位置的流變變
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