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卸荷损伤砂岩的分级加载三轴蠕变力学特性试验研究
被引量：
3
1
作者
范浩
王磊
+1 位作者
罗勇
朱传奇
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第S01期277-288,共12页
为探究含初始卸荷损伤砂岩的三轴蠕变力学特性,借助MTS816岩石力学试验系统通过控制卸荷量制备了不同初始卸荷损伤程度的砂岩试样,开展了卸荷损伤砂岩分级加载三轴蠕变力学试验,分析了初始卸荷损伤程度对砂岩应变特征、蠕变速率、变形...
为探究含初始卸荷损伤砂岩的三轴蠕变力学特性,借助MTS816岩石力学试验系统通过控制卸荷量制备了不同初始卸荷损伤程度的砂岩试样,开展了卸荷损伤砂岩分级加载三轴蠕变力学试验,分析了初始卸荷损伤程度对砂岩应变特征、蠕变速率、变形模量、长期强度及破坏模式的影响规律。研究结果表明:(1)分级蠕变条件下,不同初始卸荷损伤程度砂岩的轴向和环向应变均呈阶梯式增长,轴向瞬时应变随载荷水平的增加呈近线性增长趋势,而环向瞬时应变呈非线性增长趋势,且随初始卸荷损伤程度的加剧,增加单位荷载引起的轴向瞬时应变增量不断增加;(2)卸荷损伤砂岩在非破坏阶段经历了瞬时变形、减速蠕变和稳态蠕变3个阶段,稳态蠕变速率随初始卸荷损伤程度的增加呈指数增长趋势;砂岩在破坏阶段经历了瞬时变形、减速蠕变、稳态蠕变和加速蠕变4个阶段,其中加速蠕变阶段用时极短,却能产生较大的扩容变形,导致岩样发生失稳破坏;(3)砂岩蠕变总时长、平均变形模量和长期强度均随初始卸荷损伤程度的增加呈非线性减小趋势,当初始卸荷损伤程度超过70%后,砂岩蠕变总时长、平均变形模量和长期强度降幅急剧增加,最高可达24.77%、33.28%和21.79%;(4)随着初始卸荷损伤程度的增加,砂岩蠕变破坏模式由单一的剪切破坏逐渐向复杂的张拉-剪切混合式破坏转变。
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关键词
岩石力学
卸荷损伤
分级蠕变
长期强度
破坏模式
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职称材料
不同含水状态砂岩分级加载蠕变变形特性研究
被引量：
12
2
作者
刘洪磊
宋旭
+1 位作者
牛雷雷
刘溪鸽
《金属矿山》
CAS
北大核心
2021年第11期25-32,共8页
针对矿山开采过程中矿柱在长期地应力作用下发生的蠕变破坏受其含水状态影响的问题,利用岩石蠕变-冲击试验机,开展了干燥、饱水和浸水状态下的砂岩分级加载蠕变试验。超声波特性能够反映岩石内部结构和力学特性,因此基于超声波测试分析...
针对矿山开采过程中矿柱在长期地应力作用下发生的蠕变破坏受其含水状态影响的问题,利用岩石蠕变-冲击试验机,开展了干燥、饱水和浸水状态下的砂岩分级加载蠕变试验。超声波特性能够反映岩石内部结构和力学特性,因此基于超声波测试分析含水岩石蠕变过程中的声学特性,探索水对岩石力学特性弱化作用机理;研究含水状态对岩石蠕变破坏特性的影响,揭示含水矿柱蠕变破坏前兆和时间规律。基于干燥和饱水砂岩分级加载蠕变过程超声波测试,讨论了加载过程中超声波波速、主频和幅值的变化规律。结果表明:随着应力水平增加,干燥和饱水砂岩的主频及幅值都在降低,出现“频率漂移”现象,砂岩饱水后表现出低通滤波特性;与干燥状态下的砂岩相比,饱水状态使其损伤量增大。初始含水状态影响蠕变变形量和变形速率,浸水砂岩和饱水砂岩破坏的时间和应力水平低于干燥试样;试样破坏前都有蠕变应变从缓慢增大到急剧增大的一个拐点,蠕变应变过了拐点后0.5 h之内试样破坏。干燥、浸水和饱水岩石蠕变破坏模式分别为X型破坏、整体破碎为多块和沿轴向张拉破坏。
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关键词
干燥和饱水状态
浸水试验
分级
加载
蠕变
超声波
损伤表征
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职称材料
分级加载蠕变全过程岩石硬化及损伤机制
被引量：
3
3
作者
邹建超
赵同彬
+1 位作者
房凯
刘晓明
《山东科技大学学报（自然科学版）》
CAS
2015年第6期58-67,共10页
基于红砂岩单轴分级加载蠕变试验,结合对试验数据的整理与分析,研究红砂岩蠕变特性,探讨岩石分级加载过程中的硬化-损伤机制。研究结果表明:低应力水平阶段,瞬时变形模量逐级增大,红砂岩出现硬化现象,瞬时应变由0.037 2%减小到0.030 7%...
基于红砂岩单轴分级加载蠕变试验,结合对试验数据的整理与分析,研究红砂岩蠕变特性,探讨岩石分级加载过程中的硬化-损伤机制。研究结果表明:低应力水平阶段,瞬时变形模量逐级增大,红砂岩出现硬化现象,瞬时应变由0.037 2%减小到0.030 7%,岩石力学性质以硬化为主;中等应力水平阶段,硬化效应增强的同时损伤也在发展,硬化和损伤相互竞争,不断发展;高应力水平阶段,粘滞系数减小,导致损伤扩散速率增大,蠕变应变由0.013%增加到0.021 8%,岩石的力学性质以损伤软化为主。以此为基础,在广义Kelvin模型中引入硬化函数和损伤变量,建立能反映红砂岩硬化-损伤机制的模型,并与红砂岩的试验曲线进行拟合,两者吻合较好。
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关键词
分级
加载
蠕变
硬化-损伤机制
应力水平
修正广义Kelvin模型
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职称材料
考虑孔隙度及泥质含量影响的中砂岩分数阶蠕变模型
被引量：
2
4
作者
陈万鹏
《金属矿山》
CAS
北大核心
2017年第12期28-32,共5页
为探究砂岩蠕变力学行为受自身含泥量及孔隙度的影响,分别对取自某矿井的4组不同含泥量和孔隙度砂岩进行了分级加载蠕变试验。试验结果表明:泥质含量越高、孔隙度越小,砂岩的强度越低;稳态蠕变速率随应力的增长呈幂函数增加;在相同加载...
为探究砂岩蠕变力学行为受自身含泥量及孔隙度的影响,分别对取自某矿井的4组不同含泥量和孔隙度砂岩进行了分级加载蠕变试验。试验结果表明:泥质含量越高、孔隙度越小,砂岩的强度越低;稳态蠕变速率随应力的增长呈幂函数增加;在相同加载应力比下,泥质含量越高、孔隙度越小的砂岩稳态蠕变速率越高,蠕变破坏应力比越低,变形量越大,长期强度特征值越小;应力敏感性常数与泥质含量及孔隙度之比呈良好的幂函数型关系;基于分数阶蠕变本构模型,建立了一种新的考虑泥质含量、孔隙度以及应力水平、受力时间影响的砂岩分数阶蠕变本构模型,通过参数敏感性分析及试验结果反演推算,验证了该模型能较好地模拟各含泥量和孔隙度下在不同应力状态下的蠕变状态。
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关键词
砂岩
分级蠕变
泥质含量
孔隙度
多相关
分数阶本构模型
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职称材料
不同温度-应力场下泥岩蠕变特性及本构模型
5
作者
袁前胜
《长江科学院院报》
CSCD
北大核心
2018年第8期84-89,共6页
为探讨不同温度-应力场下泥岩的蠕变力学行为特征,对泥岩开展了常温(25℃)、60℃和120℃下的三轴分级加载蠕变试验,得到了各温度-应力场下对应的蠕变历时曲线和蠕变参数,给出了考虑温度和损伤效应的蠕变本构模型。研究结果表明:高温促...
为探讨不同温度-应力场下泥岩的蠕变力学行为特征,对泥岩开展了常温(25℃)、60℃和120℃下的三轴分级加载蠕变试验,得到了各温度-应力场下对应的蠕变历时曲线和蠕变参数,给出了考虑温度和损伤效应的蠕变本构模型。研究结果表明:高温促进了泥岩内部分子运动,减弱了颗粒之间的相互胶结力,使其蠕变特征明显,而围压则能在一定程度上抑制泥岩内部损伤的发展;稳态蠕变速率随偏应力和温度的升高呈指数型函数增加,随围压升高则呈线性减小;各温度场下,泥岩的长期强度和长期抗剪强度特征参数随围压的升高呈良好的线性关系,相同围压下,温度越高,长期强度越小;在经典西原模型基础上,结合温度-应力场下泥岩的温度效应和损伤效应,建立了热-力耦合作用下的蠕变损伤本构模型,能很好地模拟各温度-应力场下泥岩的蠕变特征,拟合结果表明,弹性模量和黏性系数随温度的升高呈线性减小,而α则随温度的升高呈对数型函数增加。
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关键词
泥岩
温度-应力场
三轴
分级蠕变
稳态
蠕变
速率
长期强度
本构模型
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职称材料
冻融环境下红砂岩三轴蠕变特性及其模型研究
被引量：
26
6
作者
宋勇军
张磊涛
+4 位作者
任建喜
陈佳星
车永新
杨慧敏
毕冉
《岩土工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第5期841-849,I0004,共10页
为研究寒区岩体工程在冻融循环与长期荷载耦合作用下的时效力学特性,对不同冻融循条件下的饱和红砂岩进行分级加卸载三轴蠕变试验,研究冻融循环对岩石蠕变特性的影响。结果表明:冻融循环对红砂岩蠕变变形的影响与加载应力水平有关。低...
为研究寒区岩体工程在冻融循环与长期荷载耦合作用下的时效力学特性,对不同冻融循条件下的饱和红砂岩进行分级加卸载三轴蠕变试验,研究冻融循环对岩石蠕变特性的影响。结果表明:冻融循环对红砂岩蠕变变形的影响与加载应力水平有关。低应力水平下,岩石黏弹性应变随冻融次数的增加近似线性缓慢增长;而高应力水平时则呈非线性增长;黏塑性应变随冻融次数的增加均呈近似线性增长,第四级加载应力水平(70%σc)为红砂岩蠕变变形特征的分界点。红砂岩稳态蠕变速率随冻融循环次数的增加呈指数型增长。根据红砂岩蠕变试验结果,建立考虑冻融循环作用影响及蠕变损伤的冻融-损伤蠕变模型,得到三维应力状态下岩石蠕变本构方程;对模型进行验证及参数识别,理论值与试验值吻合较好;分析了冻融循环作用对模型参数的影响。研究结果为寒区岩体工程的建设及长期稳定性分析提供理论依据。
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关键词
红砂岩
冻融循环
分级
加卸载
蠕变
试验
蠕变
特性
蠕变
模型
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职称材料
不同加载速率无烟煤蠕变特性及能量演化规律
被引量：
6
7
作者
岳少飞
王开
+4 位作者
张小强
康天合
闫建兵
姜玉龙
郭泽雄
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第8期3060-3075,共16页
动压影响下蠕变煤体的力学特性对复采区遗留煤柱的稳定性及其控制具有重要的工程意义。通过开展不同加载速率条件下无烟煤的分级加载蠕变和加卸载试验,对无烟煤蠕变过程的应变特征、弹性模量及蠕变速率演化特征进行研究,并基于无烟煤的...
动压影响下蠕变煤体的力学特性对复采区遗留煤柱的稳定性及其控制具有重要的工程意义。通过开展不同加载速率条件下无烟煤的分级加载蠕变和加卸载试验,对无烟煤蠕变过程的应变特征、弹性模量及蠕变速率演化特征进行研究,并基于无烟煤的线型储能规律表征了蠕变过程的能量耗散规律,进一步阐释了无烟煤蠕变“硬化-损伤”机制。结果表明:加载速率小于0.04 mm/s时,无烟煤试件的轴向应变表现出明显的瞬时特性,但径向应变表现出明显的滞后性和蠕变性;随着加载速率的增加,试样在加载阶段的轴向硬化及径向扩容现象显著增强,蠕变速率衰减特征越显著。试样的实际屈服应力与加载速率满足线性下降关系,其储能系数、蠕变极限弹性能随加载速率增加均呈现先增加后趋于稳定的趋势;各应力水平的能量耗散率演化呈现“降低—稳定—增加”的趋势,分别对应试件的压密、弹性和屈服破坏阶段。从能量耗散角度分析无烟煤试样的“硬化-损伤”机制:硬化及损伤效应作用于蠕变全过程,试样在弹性阶段硬化及损伤作用效果相当导致试样的能量耗散率稳定,试样进入屈服破坏阶段后损伤效应占主导地位导致能量耗散率快速增加;试样硬化及损伤效应均随加载速率的增大逐渐显著,加载速率小于0.04 mm/s时,试样硬化效应强于损伤效应导致试样极限弹性能快速增加;加载速率增大导致的屈服应力降低会加速试样的损伤演化,当加载速率大于0.04 mm/s后,试样的损伤效应显著增强,硬化及损伤相互制约导致试样极限弹性能趋于稳定。
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关键词
分级
加载
蠕变
加载速率
蠕变
特性
硬化-损伤
能量耗散
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职称材料
题名
卸荷损伤砂岩的分级加载三轴蠕变力学特性试验研究
被引量：
3
1
作者
范浩
王磊
罗勇
朱传奇
机构
安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室
南华大学资源环境与安全工程学院
出处
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第S01期277-288,共12页
基金
安徽理工大学引进人才科研启动基金项目(No.2021yjrc15)
安徽省科技重大专项项目(No.202203a07020010)
深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室开放课题(No.SKLMRDPC20KF03,No.SKLMRDPC21KF09)
文摘
为探究含初始卸荷损伤砂岩的三轴蠕变力学特性,借助MTS816岩石力学试验系统通过控制卸荷量制备了不同初始卸荷损伤程度的砂岩试样,开展了卸荷损伤砂岩分级加载三轴蠕变力学试验,分析了初始卸荷损伤程度对砂岩应变特征、蠕变速率、变形模量、长期强度及破坏模式的影响规律。研究结果表明:(1)分级蠕变条件下,不同初始卸荷损伤程度砂岩的轴向和环向应变均呈阶梯式增长,轴向瞬时应变随载荷水平的增加呈近线性增长趋势,而环向瞬时应变呈非线性增长趋势,且随初始卸荷损伤程度的加剧,增加单位荷载引起的轴向瞬时应变增量不断增加;(2)卸荷损伤砂岩在非破坏阶段经历了瞬时变形、减速蠕变和稳态蠕变3个阶段,稳态蠕变速率随初始卸荷损伤程度的增加呈指数增长趋势;砂岩在破坏阶段经历了瞬时变形、减速蠕变、稳态蠕变和加速蠕变4个阶段,其中加速蠕变阶段用时极短,却能产生较大的扩容变形,导致岩样发生失稳破坏;(3)砂岩蠕变总时长、平均变形模量和长期强度均随初始卸荷损伤程度的增加呈非线性减小趋势,当初始卸荷损伤程度超过70%后,砂岩蠕变总时长、平均变形模量和长期强度降幅急剧增加,最高可达24.77%、33.28%和21.79%;(4)随着初始卸荷损伤程度的增加,砂岩蠕变破坏模式由单一的剪切破坏逐渐向复杂的张拉-剪切混合式破坏转变。
关键词
岩石力学
卸荷损伤
分级蠕变
长期强度
破坏模式
Keywords
rock mechanics
unloading damage
graded creep
long-term strength
failure mode
分类号
TD315 [矿业工程—矿井建设]
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职称材料
题名
不同含水状态砂岩分级加载蠕变变形特性研究
被引量：
12
2
作者
刘洪磊
宋旭
牛雷雷
刘溪鸽
机构
东北大学资源与土木工程学院
出处
《金属矿山》
CAS
北大核心
2021年第11期25-32,共8页
基金
国家自然科学基金项目(编号:52174070,U1906208,51904055,51874069)
辽宁省“兴辽英才计划”项目(编号:XLYC1802031)。
文摘
针对矿山开采过程中矿柱在长期地应力作用下发生的蠕变破坏受其含水状态影响的问题,利用岩石蠕变-冲击试验机,开展了干燥、饱水和浸水状态下的砂岩分级加载蠕变试验。超声波特性能够反映岩石内部结构和力学特性,因此基于超声波测试分析含水岩石蠕变过程中的声学特性,探索水对岩石力学特性弱化作用机理;研究含水状态对岩石蠕变破坏特性的影响,揭示含水矿柱蠕变破坏前兆和时间规律。基于干燥和饱水砂岩分级加载蠕变过程超声波测试,讨论了加载过程中超声波波速、主频和幅值的变化规律。结果表明:随着应力水平增加,干燥和饱水砂岩的主频及幅值都在降低,出现“频率漂移”现象,砂岩饱水后表现出低通滤波特性;与干燥状态下的砂岩相比,饱水状态使其损伤量增大。初始含水状态影响蠕变变形量和变形速率,浸水砂岩和饱水砂岩破坏的时间和应力水平低于干燥试样;试样破坏前都有蠕变应变从缓慢增大到急剧增大的一个拐点,蠕变应变过了拐点后0.5 h之内试样破坏。干燥、浸水和饱水岩石蠕变破坏模式分别为X型破坏、整体破碎为多块和沿轴向张拉破坏。
关键词
干燥和饱水状态
浸水试验
分级
加载
蠕变
超声波
损伤表征
Keywords
dry and saturated
immersion experiment
creep by multi-staged loads
ultrasonic wave
damage representation
分类号
TD325 [矿业工程—矿井建设]
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职称材料
题名
分级加载蠕变全过程岩石硬化及损伤机制
被引量：
3
3
作者
邹建超
赵同彬
房凯
刘晓明
机构
山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地
山东科技大学矿业与安全工程学院
出处
《山东科技大学学报（自然科学版）》
CAS
2015年第6期58-67,共10页
基金
国家自然科学基金项目(51474136
51408345)
矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地开放课题基金项目(MDPC2013KF06)
文摘
基于红砂岩单轴分级加载蠕变试验,结合对试验数据的整理与分析,研究红砂岩蠕变特性,探讨岩石分级加载过程中的硬化-损伤机制。研究结果表明:低应力水平阶段,瞬时变形模量逐级增大,红砂岩出现硬化现象,瞬时应变由0.037 2%减小到0.030 7%,岩石力学性质以硬化为主;中等应力水平阶段,硬化效应增强的同时损伤也在发展,硬化和损伤相互竞争,不断发展;高应力水平阶段,粘滞系数减小,导致损伤扩散速率增大,蠕变应变由0.013%增加到0.021 8%,岩石的力学性质以损伤软化为主。以此为基础,在广义Kelvin模型中引入硬化函数和损伤变量,建立能反映红砂岩硬化-损伤机制的模型,并与红砂岩的试验曲线进行拟合,两者吻合较好。
关键词
分级
加载
蠕变
硬化-损伤机制
应力水平
修正广义Kelvin模型
Keywords
step loading creep
hardening-damage mechanism
stress level
modified generalized Kelvin model
分类号
TD315 [矿业工程—矿井建设]
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职称材料
题名
考虑孔隙度及泥质含量影响的中砂岩分数阶蠕变模型
被引量：
2
4
作者
陈万鹏
机构
常州工程职业技术学院建筑工程学院
出处
《金属矿山》
CAS
北大核心
2017年第12期28-32,共5页
基金
江苏省科技计划前瞻性联合研究项目(编号:BY2014108-26)
住房和城乡建设部科技计划项目(编号:2014-K3-034
2016-R1-012)
文摘
为探究砂岩蠕变力学行为受自身含泥量及孔隙度的影响,分别对取自某矿井的4组不同含泥量和孔隙度砂岩进行了分级加载蠕变试验。试验结果表明:泥质含量越高、孔隙度越小,砂岩的强度越低;稳态蠕变速率随应力的增长呈幂函数增加;在相同加载应力比下,泥质含量越高、孔隙度越小的砂岩稳态蠕变速率越高,蠕变破坏应力比越低,变形量越大,长期强度特征值越小;应力敏感性常数与泥质含量及孔隙度之比呈良好的幂函数型关系;基于分数阶蠕变本构模型,建立了一种新的考虑泥质含量、孔隙度以及应力水平、受力时间影响的砂岩分数阶蠕变本构模型,通过参数敏感性分析及试验结果反演推算,验证了该模型能较好地模拟各含泥量和孔隙度下在不同应力状态下的蠕变状态。
关键词
砂岩
分级蠕变
泥质含量
孔隙度
多相关
分数阶本构模型
Keywords
Sandstone
Hierarchical creep
Shale content
Porosity
Multi-correlation
Fractional constitutive model
分类号
TD313 [矿业工程—矿井建设]
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职称材料
题名
不同温度-应力场下泥岩蠕变特性及本构模型
5
作者
袁前胜
机构
西昌学院工程技术学院
出处
《长江科学院院报》
CSCD
北大核心
2018年第8期84-89,共6页
基金
四川省教育厅2016年度科技项目(16ZB0261)
文摘
为探讨不同温度-应力场下泥岩的蠕变力学行为特征,对泥岩开展了常温(25℃)、60℃和120℃下的三轴分级加载蠕变试验,得到了各温度-应力场下对应的蠕变历时曲线和蠕变参数,给出了考虑温度和损伤效应的蠕变本构模型。研究结果表明:高温促进了泥岩内部分子运动,减弱了颗粒之间的相互胶结力,使其蠕变特征明显,而围压则能在一定程度上抑制泥岩内部损伤的发展;稳态蠕变速率随偏应力和温度的升高呈指数型函数增加,随围压升高则呈线性减小;各温度场下,泥岩的长期强度和长期抗剪强度特征参数随围压的升高呈良好的线性关系,相同围压下,温度越高,长期强度越小;在经典西原模型基础上,结合温度-应力场下泥岩的温度效应和损伤效应,建立了热-力耦合作用下的蠕变损伤本构模型,能很好地模拟各温度-应力场下泥岩的蠕变特征,拟合结果表明,弹性模量和黏性系数随温度的升高呈线性减小,而α则随温度的升高呈对数型函数增加。
关键词
泥岩
温度-应力场
三轴
分级蠕变
稳态
蠕变
速率
长期强度
本构模型
Keywords
mudstone
temperature and stress field
triaxial stepped creep
steady creep rate
long-term strength
constitutive model
分类号
TU45 [建筑科学—岩土工程]
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职称材料
题名
冻融环境下红砂岩三轴蠕变特性及其模型研究
被引量：
26
6
作者
宋勇军
张磊涛
任建喜
陈佳星
车永新
杨慧敏
毕冉
机构
西安科技大学建筑与土木工程学院
出处
《岩土工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第5期841-849,I0004,共10页
基金
国家自然科学基金项目(11972283,11872299)
陕西省自然科学基金项目(2017JM1039)。
文摘
为研究寒区岩体工程在冻融循环与长期荷载耦合作用下的时效力学特性,对不同冻融循条件下的饱和红砂岩进行分级加卸载三轴蠕变试验,研究冻融循环对岩石蠕变特性的影响。结果表明:冻融循环对红砂岩蠕变变形的影响与加载应力水平有关。低应力水平下,岩石黏弹性应变随冻融次数的增加近似线性缓慢增长;而高应力水平时则呈非线性增长;黏塑性应变随冻融次数的增加均呈近似线性增长,第四级加载应力水平(70%σc)为红砂岩蠕变变形特征的分界点。红砂岩稳态蠕变速率随冻融循环次数的增加呈指数型增长。根据红砂岩蠕变试验结果,建立考虑冻融循环作用影响及蠕变损伤的冻融-损伤蠕变模型,得到三维应力状态下岩石蠕变本构方程;对模型进行验证及参数识别,理论值与试验值吻合较好;分析了冻融循环作用对模型参数的影响。研究结果为寒区岩体工程的建设及长期稳定性分析提供理论依据。
关键词
红砂岩
冻融循环
分级
加卸载
蠕变
试验
蠕变
特性
蠕变
模型
Keywords
red sandstone
freeze-thaw cycle
multi-level loading and unloading creep test
creep property
creep model
分类号
TU452 [建筑科学—岩土工程]
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职称材料
题名
不同加载速率无烟煤蠕变特性及能量演化规律
被引量：
6
7
作者
岳少飞
王开
张小强
康天合
闫建兵
姜玉龙
郭泽雄
机构
太原理工大学矿业工程学院
太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室
出处
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第8期3060-3075,共16页
基金
国家自然科学基金资助项目(51974194,51704204)
中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室开放研究基金资助项目(SKLCRSM22KF003)。
文摘
动压影响下蠕变煤体的力学特性对复采区遗留煤柱的稳定性及其控制具有重要的工程意义。通过开展不同加载速率条件下无烟煤的分级加载蠕变和加卸载试验,对无烟煤蠕变过程的应变特征、弹性模量及蠕变速率演化特征进行研究,并基于无烟煤的线型储能规律表征了蠕变过程的能量耗散规律,进一步阐释了无烟煤蠕变“硬化-损伤”机制。结果表明:加载速率小于0.04 mm/s时,无烟煤试件的轴向应变表现出明显的瞬时特性,但径向应变表现出明显的滞后性和蠕变性;随着加载速率的增加,试样在加载阶段的轴向硬化及径向扩容现象显著增强,蠕变速率衰减特征越显著。试样的实际屈服应力与加载速率满足线性下降关系,其储能系数、蠕变极限弹性能随加载速率增加均呈现先增加后趋于稳定的趋势;各应力水平的能量耗散率演化呈现“降低—稳定—增加”的趋势,分别对应试件的压密、弹性和屈服破坏阶段。从能量耗散角度分析无烟煤试样的“硬化-损伤”机制:硬化及损伤效应作用于蠕变全过程,试样在弹性阶段硬化及损伤作用效果相当导致试样的能量耗散率稳定,试样进入屈服破坏阶段后损伤效应占主导地位导致能量耗散率快速增加;试样硬化及损伤效应均随加载速率的增大逐渐显著,加载速率小于0.04 mm/s时,试样硬化效应强于损伤效应导致试样极限弹性能快速增加;加载速率增大导致的屈服应力降低会加速试样的损伤演化,当加载速率大于0.04 mm/s后,试样的损伤效应显著增强,硬化及损伤相互制约导致试样极限弹性能趋于稳定。
关键词
分级
加载
蠕变
加载速率
蠕变
特性
硬化-损伤
能量耗散
Keywords
staged loading creep
loading rate
creep properties
hardening-damage
energy dissipation
分类号
TD315 [矿业工程—矿井建设]
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