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题名层状岩石横观各向同性蠕变损伤本构模型研究
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作者
朱元广
王璇尧
刘滨
刘学伟
薛皓元
耿志
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机构
中国科学院武汉岩土力学研究所
中国科学院大学
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出处
《岩土力学》
北大核心
2025年第4期1095-1108,共14页
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基金
国家自然科学基金(No.U22A20234)
湖北省自然科学基金杰出青年项目(No.2022CFA084)。
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文摘
我国中西部深埋隧道建设穿越大量层状岩体,在高地应力作用下层状岩石呈现出横观各向同性性质和显著的蠕变现象,极易引发隧道掌子面坍塌、支护结构破坏等工程灾害。为准确表征岩层倾角和时间效应对层状岩石力学性质的影响,基于分数阶微积分理论和蠕变柔量替代法,以元件组合模型为基础,建立了一种考虑损伤和岩层角度的横观各向同性非线性蠕变模型(T模型),并推导了一维和三维蠕变本构方程。T模型采用分数阶Kelvin模型描述减速蠕变阶段特征,采用Abel黏壶描述稳态蠕变阶段特征,采用瞬时塑性元件和分数阶非线性损伤黏壶并联来反映加速蠕变阶段特征。基于炭质板岩蠕变试验数据,采用最小二乘法对蠕变本构方程进行了参数识别。通过RMSE(均方根误差)、MAE(平均绝对误差)和R2(决定系数)的误差分析及与现有横观各向同性蠕变模型的对比,验证了T模型本构方程的拟合效果,表明T模型能更加准确地描述层状岩石各蠕变阶段的特性。研究结果为层状岩石隧道围岩长期稳定性分析提供理论依据。
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关键词
层状岩石
横观各向同性
蠕变
本构方程
分数阶
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Keywords
layered rock
transverse isotropy
creep
constitutive model
fractional order
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分类号
TU452
[建筑科学—岩土工程]
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