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岩石力学参数的时效性及非定常流变本构模型研究

崔少东  
【摘要】: 本文在已有研究成果的基础上,研制开发了一套新型的流变仪器,以泥岩为研究对象,对该岩石的瞬时强度特性、单轴和三轴流变特性进行了系统、全面的研究,得到了泥岩的基本力学参数包括弹性模量E、内聚力C、内摩擦角(?)随应力和时间的弱化规律,并将其引入Bingham一维流变模型和P.Perzyna三维流变模型中,建立了非定常的流变模型,最后成功的在ABAQUS软件中对其实现了二次开发,并通过试验数据验证了模型的正确性。本文完成的主要工作有: 1.在分析现行流变仪器的优缺点的基础上,研制开发了一台新型的流变仪器—五联单轴流变仪,该仪器主要用于岩石的流变试验,能同时控制五个不同条件下的流变试验,实现了计算机自动控制、自动采集数据。 2.进行了泥岩在OMPa、5MPa、10MPa和15MPa四个围压级别下的瞬时强度试验,得到了泥岩的变形和破坏规律,探讨了由瞬时强度试验确定岩石长期强度的方法。论述了单试件法测岩石力学参数的原理,并对其数据处理方法进行了修正。 3.分析了岩石的蠕变损伤阀值,从细观力学和宏观力学两方面解释了岩石的蠕变过程曲线。进行了泥岩八个应力水平的单轴压缩蠕变试验,分析了其蠕变特性,采用单试件法对其蠕变过程中的三个时间点的力学参数进行了测定,得到了该泥岩力学参数随应力和时间的弱化规律。 4.进行了5MPa、10MPa和15MPa三个不同围压下的蠕变试验,将单轴条件下泥岩力学的弱化规律扩展到了三轴状态,通过蠕变破坏时的强度进行了验证。 5.将泥岩的力学参数弱化规律引入到了Bingham模型中,建立了泥岩的一维非定常流变模型,并通过试验数据验证了模型的合理性。采用Drucker-Prager准则将一维的Bingham模型扩展到了三维的P.Perzyna模型,通过引入非定常的力学参数建立了三维的非定常流变模型。 6.在ABAQUS软件中对三维的P.Perzyna模型实现了二次开发,通过试验数据验证了模型的正确性。


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