基于黏弹塑性损伤耦合的非均质岩石蠕变破坏过程模拟

论文摘要

在地下工程的长期运营期,由于岩石的蠕变特性可能会引发局部破坏,进而导致坍塌事故。为了探究岩石蠕变破坏机理,本文基于Perzyna黏弹塑性理论,考虑黏弹塑性损伤耦合,研究在岩石基质材料的非均质性和初始裂纹等因素影响下的岩石蠕变破坏特性,从细观上揭示非均质岩石的蠕变破坏机制和演化机理。本文主要研究工作和成果如下:（1）在Perzyna黏弹塑性理论的基础上,引入基于应变能理论的岩石细观单元强度损伤模型,同时考虑岩石蠕变过程中蠕变速率随时间变化的特性,构建了描述岩石蠕变全过程的细观黏弹塑性损伤耦合蠕变本构模型。（2）通过试验数据验证了本文所建立模型的正确性,应用该模型在不同轴向应力、围压、均质度系数和宏观裂纹倾角条件下进行了岩石单、双轴压缩蠕变过程模拟试验,结果表明:轴向应力的增加提高了蠕变速率,因此缩短了蠕变失效时间;围压和均质度系数的增加降低了蠕变速率并延长了蠕变失效时间;宏观裂纹倾角的增大延长了翼裂纹扩展到岩样边界的时间,说明其对岩石强度的影响程度在减小。（3）引入了真三轴Mogi-Coulomb屈服准则,并通过试验数据验证了真三轴模型的正确性;应用真三轴模型在不同最大主应力和中间主应力条件下进行了岩石真三轴压缩蠕变过程模拟试验,结果表明:最大主应力的增加提高了蠕变速率,缩短了蠕变时间,并且增大了岩石损伤破坏区域;中间主应力的增加降低了蠕变速率并延长了蠕变失效时间,降低了岩石损伤破坏程度。（4）应用该模型模拟分析了侧压力系数和均质度系数对隧洞围岩蠕变损伤破坏过程的影响,结果表明:随着侧压力系数的增大,隧洞左右边墙的收敛位移逐渐增大,洞顶洞底的闭合位移反而减小,隧洞围岩蠕变损伤破坏模式逐渐地从左右边墙的压剪破坏过渡到洞顶洞底的拉伸破坏;均质度系数对隧洞围岩蠕变损伤破坏模式影响不明显,随着均质度系数的增大,隧洞左右边墙的收敛位移和洞顶洞底的闭合位移均在减小,但隧洞围岩损伤破坏时间在增加。（5）应用该模型对煤岩巷道蠕变型冲击地压破坏过程进行数值模拟,从煤岩体弹性应变能的累积与释放角度,较好的解释了蠕变型冲击地压的发生机理。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 姜鹏

导师: 陈刚,潘鹏志

关键词: 岩石力学,黏弹塑性损伤耦合,蠕变,冲击地压,数值模拟

来源: 武汉理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 武汉理工大学

基金: 十三五国家重点研发计划项目(2017YFC0804203),中国科学院前沿科学重点研究项目(QYZDB-SW-QC029),中国科学院国际合作重点项目(115242KYSB20160024)

分类号: TU45

DOI: 10.27381/d.cnki.gwlgu.2019.000366

总页数: 63

文件大小: 3288K

下载量: 32

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