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水动力-应力-化学溶蚀耦合作用下劣化灰岩能量演化规律与损伤本构模型
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作者 杨忠平 侯善萌 +2 位作者 张益铭 高宇豪 刘新荣 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第4期759-768,共10页
库水位常年周期性波动,导致消落带基岩处于水动力冲蚀的干湿循环状态,加之覆岩的自重作用,促使基岩强度的劣化。为研究水动力-应力-化学溶蚀耦合条件下岩体劣化规律,在现场调查基础上,开展了该耦合条件下灰岩试样劣化试验,阐明了此条件... 库水位常年周期性波动,导致消落带基岩处于水动力冲蚀的干湿循环状态,加之覆岩的自重作用,促使基岩强度的劣化。为研究水动力-应力-化学溶蚀耦合条件下岩体劣化规律,在现场调查基础上,开展了该耦合条件下灰岩试样劣化试验,阐明了此条件下灰岩能量演化规律并提出了损伤本构模型。结果表明:根据能率-位移曲线,将岩石破坏过程划分为易损区压密、微裂隙闭合、弹性变形、微裂隙扩展及峰后破坏5个阶段;随着劣化应力的增加,部分耗散能提前释放,耗散能与弹性能相等时的应变逐渐减小;随着干湿循环次数的增加,其破坏时总能量对应力的敏感性增强;揭示了水动力-应力-化学溶蚀耦合机理;提出了水动力-应力-化学溶蚀耦合作用下考虑压密阶段劣化灰岩的损伤本构模型,预测精度较高,可为库区灾害预测防治提供一定的理论指导。 展开更多
关键词 水动力-应力-化学溶蚀耦合 单轴压缩 能量演化 WEIBULL分布 本构模型
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应力-渗流-溶蚀耦合作用下三维岩石裂隙渗透特性数值计算研究 被引量:2
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作者 申林方 吕倩文 +3 位作者 刘文连 张家明 杨鸿忠 李泽 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第2期428-437,共10页
基于格子Boltzmann方法采用双分布函数分别模拟渗流速度场与溶质浓度场的演化过程,建立了三维岩石裂隙应力-渗流-溶蚀耦合作用机制的数值计算模型,并讨论了渗流流速、法向应力、溶蚀反应速率等因素对裂隙渗透特性演化规律的影响。结果表... 基于格子Boltzmann方法采用双分布函数分别模拟渗流速度场与溶质浓度场的演化过程,建立了三维岩石裂隙应力-渗流-溶蚀耦合作用机制的数值计算模型,并讨论了渗流流速、法向应力、溶蚀反应速率等因素对裂隙渗透特性演化规律的影响。结果表明:在渗流流速较低时,壁面溶蚀出来的离子得不到及时输运,使得出口处浓度较高溶蚀速度慢,裂隙结构呈“喇叭口”状。增大法向应力会减小裂隙开度,减慢溶质的运移速率,使得裂隙出口处的溶蚀速率显著降低,从而限制了其渗透率的发展。当壁面溶蚀反应速率较小时,裂隙渗透率呈持续缓慢增长的状态;随着溶蚀反应速率增加,出口处的溶蚀量会明显小于入口处,导致出口处壁面发生显著溶蚀之前,裂隙渗透率发展缓慢,此后渗透率便呈急速突变增长趋势。研究成果能够为酸蚀作用下岩石裂隙渗透能力的定量评价提供重要理论支撑。 展开更多
关键词 岩石裂隙 应力-渗流-溶蚀耦合 渗透特性 格子BOLTZMANN方法 数值计算
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损伤-渗流耦合作用下上覆溶洞隧道突水灾变规律研究 被引量:1
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作者 林志斌 李亚豪 +2 位作者 林培忠 张勃阳 杨大方 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期154-163,共10页
目的为分析上覆溶洞对隧道的影响,进行损伤-渗流耦合作用下上覆溶洞隧道突水灾变规律的研究。方法以重庆市双碑隧道工程为背景,基于三线性应变软化模型建立岩体损伤-渗流耦合模型,采用FLAC3D对隧道开挖通过上覆溶洞过程中的围岩变形、... 目的为分析上覆溶洞对隧道的影响,进行损伤-渗流耦合作用下上覆溶洞隧道突水灾变规律的研究。方法以重庆市双碑隧道工程为背景,基于三线性应变软化模型建立岩体损伤-渗流耦合模型,采用FLAC3D对隧道开挖通过上覆溶洞过程中的围岩变形、塑性区、渗透系数和涌水量进行数值模拟分析,并对比分析了不考虑岩体损伤-渗流耦合作用和不同溶洞水压对上覆溶洞隧道突水灾变特征的影响。结果上覆溶洞水压为1.8 MPa时,隧道开挖通过上覆溶洞中心5.0 m后,隧道围岩在溶洞与隧道间产生2条“八字形”的导水裂隙带,导致溶洞与隧道间岩体整体滑动约600 mm,整个滑动体近似梯形,其顶、底、高分别为3.6,9.6,8.4 m;隧道开挖未到达上覆溶洞时,其最大涌水量不超过0.01 m^(3)/s,而通过上覆溶洞中心0,2.5,5.0 m后,其最大涌水量分别为0.022,0.185,0.743 m^(3)/s;上覆溶洞水压为1.2,1.8,2.4 MPa时,隧道通过上覆溶洞后的最大涌水量分别为0.031,0.0743,1.365 m^(3)/s。结论隧道开挖通过上覆溶洞过程中,上覆溶洞水压超过临界值时,隧道会发生冒顶坍塌和突水事故,且突水表现出一定的滞后性和大体量性;溶洞水压越大,隧道会越早突水,最终突水量越高;为模拟再现岩溶隧道开挖过程中的突水灾变时空演化过程,必须考虑岩体的损伤-渗流耦合作用。本文研究成果可为岩溶隧道工程围岩稳定控制提供重要依据。 展开更多
关键词 溶洞 隧道 损伤-渗流耦合 突水 渗透系数 涌水量
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多类混凝土损伤比强度理论及塑性-损伤模型研究进展与应用 被引量:1
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作者 丁发兴 吴霞 +7 位作者 吕飞 王文君 孙浩 SADAT Said Ikram 许云龙 王恩 王莉萍 余志武 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第2期690-711,共22页
为完善混凝土强度理论和塑性-损伤模型,通过参考岩石损伤比强度理论,根据现有普通混凝土、再生混凝土、轻骨料混凝土和纤维混凝土等多类混凝土多轴强度试验数据,推荐损伤比变量中的五经验系数取值,完善多类混凝土损伤比强度理论并揭示... 为完善混凝土强度理论和塑性-损伤模型,通过参考岩石损伤比强度理论,根据现有普通混凝土、再生混凝土、轻骨料混凝土和纤维混凝土等多类混凝土多轴强度试验数据,推荐损伤比变量中的五经验系数取值,完善多类混凝土损伤比强度理论并揭示约束混凝土工作原理。分析表明,随着静水压力的增加,混凝土压损伤比将由单轴受压时为1左右线性递减至小于0.5,八面体剪应力先增大后减小,轴向峰值应力提升为某一定值,压损伤比取值减小引发非弹性体积膨胀减小至不变,因而导致混凝土由单轴受压脆性破坏向多轴受压塑性破坏转变,该理论为钢管混凝土柱中发挥混凝土耗能潜力提供理论依据。依据混凝土损伤比强度理论,确定多类混凝土塑性-损伤模型中的三轴强度参数,包括膨胀角、拉压子午线强度比值和二轴等压与单轴抗压强度比值,并建议常温静力荷载下多类混凝土的单轴受压、受拉应力-应变曲线方程及其参数表达式,常温地震荷载下普通混凝土的单轴受压、受拉应力-应变曲线方程及其参数表达式,以及火灾升温环境下普通混凝土的单轴受压、受拉应力-应变曲线方程及其参数表达式,建立约束混凝土三轴塑性-损伤模型。介绍多类混凝土塑性-损伤模型在钢-混凝土组合结构有限元模型中的应用,模型中混凝土采用实体单元而钢管与钢梁采用壳单元,可模拟钢管与混凝土之间的界面滑移与约束作用,当采取增强约束拉筋强柱构造方法时可提升钢管混凝土柱及其结构的承载力、抗震与抗火性能。 展开更多
关键词 混凝土 损伤 强度理论 塑性-损伤模型 三轴参数 应力-应变曲线 实体-壳单元模型
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基于损伤比强度理论的约束钢纤维混凝土塑性-损伤模型及应用 被引量:2
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作者 丁发兴 邓亦南 吴霞 《东南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期89-97,共9页
为建立钢纤维混凝土(SFRC)三轴塑性-损伤模型(CDP),采用普通混凝土三轴塑性-损伤模型构建方法,对已有钢纤维混凝土单轴力学性能试验数据库进行整理分析,提出适用于不同钢纤维体积分数下混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强... 为建立钢纤维混凝土(SFRC)三轴塑性-损伤模型(CDP),采用普通混凝土三轴塑性-损伤模型构建方法,对已有钢纤维混凝土单轴力学性能试验数据库进行整理分析,提出适用于不同钢纤维体积分数下混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度、弹性模量、受压峰值应变与受拉峰值应变的统一计算公式以及钢纤维混凝土单轴受压、受拉应力-应变骨架曲线和卸载刚度表达式。根据钢纤维混凝土损伤比强度理论,推荐了塑性-损伤模型中的三轴强度及其他参数,提出约束钢纤维混凝土三轴塑性-损伤模型。结果表明,在钢筋钢纤维混凝土简支梁静力加载、短柱轴压加载以及悬臂柱低周反复加载的有限元模型分析中,所提模型的计算结果与试验结果符合良好。 展开更多
关键词 钢纤维混凝土 力学性能 塑性-损伤模型 有限元分析
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城市小净距隧道运营期渗流场-应力场演变规律及防排水结构优化
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作者 陈子全 何川 +3 位作者 喻炳鑫 李铮 张航 刘冒佚 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第8期1572-1582,共11页
复杂水文地质环境富水隧道在运营期的结构安全问题及其与地下水环境的互馈机制受到越来越多的重视。为探究城市小净距隧道在运营期的渗流场-应力场演变规律并提出合理的防排水方法,基于重庆市科学城隧道开展了变水头及强降雨条件下的渗... 复杂水文地质环境富水隧道在运营期的结构安全问题及其与地下水环境的互馈机制受到越来越多的重视。为探究城市小净距隧道在运营期的渗流场-应力场演变规律并提出合理的防排水方法,基于重庆市科学城隧道开展了变水头及强降雨条件下的渗流模型试验与数值模拟研究,揭示了衬砌水压力与围岩压力的演变过程,提出了一种基于排水量-结构安全性协同调控的地下水环境保护主动控制技术。研究结果表明:城市小净距隧道左右洞形成的降水漏斗在空间上部分重叠并相互影响,水压力在水平方向呈“W”形分布,随着埋深增大或减小逐渐演变为下凹弧形,其水平方向影响范围超过80 m。注浆圈对水压力与围岩压力的折减效果随着水头高度的增加而减弱,水头高度为30~50 m时注浆圈对总荷载的折减比例约为18.6%~40%。小净距隧道衬砌荷载分布呈现出显著的非对称性。强降雨过程中,衬砌荷载演变可划分为缓慢增长、快速增长、逐渐稳定3个阶段,高水压引发的二次衬砌开裂和突水灾害主要集中在拱腰、拱脚和隧道底部。高水压地段建议增设衬砌底部排水盲管,生态环境敏感区隧道地下水排放需采取主动调控技术,从而保护地下水环境的生态平衡。 展开更多
关键词 城市小净距隧道 运营期 渗流-应力 衬砌力学性能 防排水结构 主动调控
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应力-渗流耦合作用下不同卸荷路径对砂岩损伤特性及能量演化规律的影响研究 被引量:8
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作者 张培森 许大强 +3 位作者 颜伟 张晓乐 董宇航 赵铭 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期325-339,共15页
岩体灾害发生的本质是能量驱动下的一种失稳现象,受开挖卸荷扰动影响导致的岩体结构破裂失稳是诱发采场突水等动力灾害的主要原因之一。为探究开挖卸荷过程对岩体结构破裂的影响,明晰围岩劣化损伤规律及突水等动力灾害孕育机制,针对应力... 岩体灾害发生的本质是能量驱动下的一种失稳现象,受开挖卸荷扰动影响导致的岩体结构破裂失稳是诱发采场突水等动力灾害的主要原因之一。为探究开挖卸荷过程对岩体结构破裂的影响,明晰围岩劣化损伤规律及突水等动力灾害孕育机制,针对应力-渗流耦合因素影响下岩石损伤特性及能量演化规律研究较少的特点,采用Rock Top多场耦合试验仪,在应力-渗流耦合作用下对砂岩开展了常规三轴(C组)、不同初始损伤程度常规卸围压(W组)及循环加卸围压(X组)3种应力路径下的岩石损伤特性及能量演化规律试验研究。试验结果表明:岩石能量演化规律与应力-应变曲线具有明显相关性,基于岩石弹性应变能演化特征,将常规三轴压缩(C组)下岩石应力-应变曲线分为5个阶段,并对每个阶段U_(1)、U_(3)、U_(e)、U_(d)及渗透率变化特点进行了详细阐释(U_(e)为弹性应变能,U_(d)为耗散能,U_(1)为轴向应力对岩石做正功转化的岩石应变能,U_(3)为做负功所释放的应变能);常规卸围压过程中,U_(1)、U_(3)演化规律与C组岩石基本一致,但U_(3)负增长更为显著,岩石输入能逐渐从以U_(e)为主导转变为以U_(d)为主导,初始损伤程度对该规律无明显影响,卸围压过程中渗透率呈波动上升趋势,围压与渗透率呈负相关;循环加卸围压过程中,各能量演化规律与W组岩石基本一致,仅因时间效应而导致能量积累量存有差异。整体来看,无论何种应力路径,峰前阶段岩石均以U_(e)为主导,以能量存储为主,峰后阶段则以能量释放及耗散为主,轴向应力加载是U_(e)得以快速积累的主要影响因素,围压改变不足以引起U_(e)发生较大变化,轴向载荷作用为工程致灾的主要影响因素。此外,岩石损伤变量与围压存在明显负相关,围压越大,岩石U_(e)释放比例越小,岩石损伤越小,围压束缚作用可有效提高岩石储能能力并抑制岩石能量的耗散与释放。 展开更多
关键词 岩石力学 应力-渗流耦合 卸荷路径 损伤特性 能量演化
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城市生活垃圾土生化-渗流-应力耦合行为数值仿真
8
作者 马鹏程 陈云敏 杨文东 《实验技术与管理》 北大核心 2025年第5期115-122,共8页
垃圾土中的生化-渗流-应力耦合行为会显著影响垃圾堆体的变形。该文首先引入了与降解在变形方面等效的附加应力Pb,建立了垃圾土降解-骨架弱化本构模型,该模型能够较好地描述降解变形和降解对压缩性的影响。然后,完善了垃圾土生化-渗流-... 垃圾土中的生化-渗流-应力耦合行为会显著影响垃圾堆体的变形。该文首先引入了与降解在变形方面等效的附加应力Pb,建立了垃圾土降解-骨架弱化本构模型,该模型能够较好地描述降解变形和降解对压缩性的影响。然后,完善了垃圾土生化-渗流-应力耦合模型并采用OpenGeoSys软件开展了二维垃圾边坡耦合行为数值仿真,分析了底物浓度、甲烷产量等生化降解物理量和气压、侧向变形、沉降等力学物理量的演化规律及相互作用,相比仅关注垃圾土一维变形的耦合数值仿真有显著进步。该文研究成果可作为土木工程研究生数值试验课程的典型教学案例。 展开更多
关键词 城市垃圾土 本构模型 生化-渗流-应力耦合 数值仿真
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基于邓肯-张模型的土工膜心墙堆石坝应力应变分析
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作者 刘松成 王可 +2 位作者 熊将 胡索奥 王涛 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第1期215-220,226,共7页
研究利用FLAC3D软件提供的二次开发平台,在VC++环境下开发了邓肯-张本构模型,并通过数值模拟三轴压缩试验验证了开发模型的准确性。在此基础上建立了某土工膜心墙堆石坝(最大坝高78 m)的三维数值计算模型,并分析了竣工期和蓄水期两种工... 研究利用FLAC3D软件提供的二次开发平台,在VC++环境下开发了邓肯-张本构模型,并通过数值模拟三轴压缩试验验证了开发模型的准确性。在此基础上建立了某土工膜心墙堆石坝(最大坝高78 m)的三维数值计算模型,并分析了竣工期和蓄水期两种工况下的应力应变规律。研究结果表明,心墙底部与混凝土基座连接处存在应力集中现象,心墙中应力分布出现明显的拱效应,采用有效应力法判断心墙尚未达到水力劈裂发生的条件,表明心墙堆石坝在目前的工况下是稳定的。 展开更多
关键词 邓肯-模型 堆石坝 土工膜 应力应变 FLAC3D
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基于双重介质渗流-应力耦合模型的高压压水试验渗透参数反演 被引量:2
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作者 王锦国 韩智颖 +3 位作者 程伟 黄瑞瑞 尤琳 杨蕴 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2024年第8期113-119,156,共8页
高压压水试验过程中岩体易发生水力劈裂产生裂隙,岩体内部孔隙、裂隙双重导水,渗流场和应力场相互作用,导致岩体渗透参数的时空变异性。基于高压压水试验反演渗透参数需考虑双重介质渗流-应力耦合作用下产生裂隙前后渗透系数的变化规律... 高压压水试验过程中岩体易发生水力劈裂产生裂隙,岩体内部孔隙、裂隙双重导水,渗流场和应力场相互作用,导致岩体渗透参数的时空变异性。基于高压压水试验反演渗透参数需考虑双重介质渗流-应力耦合作用下产生裂隙前后渗透系数的变化规律,利用渗流-应力耦合数值模型结合工程现场高压压水试验数据进行参数反演,计算得到不同压力阶段下灰岩岩体渗透率。主要结论如下:发生水力劈裂前,随着注液压力的增大,渗透率及孔隙水压力在不同压力阶段之间分界明显,渗透率反演值与规程公式计算值相近;发生水力劈裂后,岩体渗透率增大约2倍,孔隙介质渗透率和通过的流量出现陡减现象。 展开更多
关键词 高压压水试验 双重介质 渗流-应力耦合 渗透率 水力劈裂
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冻融-荷载耦合下层状岩石损伤本构模型研究
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作者 夏宇迪 贾朝军 +2 位作者 郑艳妮 雷明锋 施成华 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第6期2306-2320,共15页
以冻融条件下的层状岩石为研究对象,基于能量耗散理论与统计力学理论建立岩石冻融损伤与荷载损伤演化方程,使用岩石微结构张量描述层状岩石的各向异性,建立Hoek-Brown各向异性岩石微元屈服准则,进一步建立冻融-荷载耦合作用下的各向异... 以冻融条件下的层状岩石为研究对象,基于能量耗散理论与统计力学理论建立岩石冻融损伤与荷载损伤演化方程,使用岩石微结构张量描述层状岩石的各向异性,建立Hoek-Brown各向异性岩石微元屈服准则,进一步建立冻融-荷载耦合作用下的各向异性岩石损伤本构模型。将理论计算结果与取自我国西部寒区的板岩岩样的单轴和三轴压缩试验结果进行对比分析,验证模型的适用性与正确性。研究结果表明:基于统计力学理论和微结构张量理论的岩石各向异性损伤本构模型能很好地描述各向异性岩石损伤演化过程;基于连续损伤力学的冻融损伤模型能准确地描述不同岩石材料在不同外部变量表征下的冻融损伤演化规律;在一定应力状态下,荷载损伤演化与总损伤演化规律基本吻合;冻融-荷载耦合作用下的总损伤演化曲线大致分为2个阶段,其中,阶段一是岩石线性变形阶段,总损伤基本稳定,岩石损伤主要受冻融损伤影响,荷载损伤逐渐增加;阶段二是损伤快速增长段,裂纹开始萌生并逐渐连接,导致总损伤随着应力增加而迅速增加,主要受到荷载损伤的影响;在一定应力状态和相同冻融循环次数下,层状岩石随着层理倾角增大,总损伤变量也增大。 展开更多
关键词 冻融循环 冻融-荷载耦合 各向异性 损伤模型 统计损伤
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木屑-氯氧镁水泥复合材料力学性能及损伤本构模型研究
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作者 冯沛洋 方强 +3 位作者 张华刚 喻涛 杨娇娇 宁攀 《硅酸盐通报》 北大核心 2025年第2期434-446,共13页
木屑-氯氧镁水泥复合材料(SMOCC)是以氯氧镁水泥为胶凝材料,木屑为填充材料,并掺加适当比例改性剂,施加5 MPa压力压制成型的新型建筑材料。为了探究SMOCC的基本力学性能和损伤演化规律,本文开展了立方体抗压、劈裂抗拉和不同加载速率下... 木屑-氯氧镁水泥复合材料(SMOCC)是以氯氧镁水泥为胶凝材料,木屑为填充材料,并掺加适当比例改性剂,施加5 MPa压力压制成型的新型建筑材料。为了探究SMOCC的基本力学性能和损伤演化规律,本文开展了立方体抗压、劈裂抗拉和不同加载速率下棱柱体受压试验。同时,基于试验结果,采用Lognormal和GaussAmp统计分布函数,结合等效应变原理,建立了不同加载速率下SMOCC的损伤构模型。结果表明:立方体抗压强度、劈裂抗拉强度及弹性模量均随着SMOCC表观密度的增大而增大;SMOCC峰值应变和峰值应力均随着加载速率的升高而减小;较低加载速率下,SMOCC内部缺陷及微裂纹发展更充分,应力-应变曲线初始压实阶段上凹更明显,脆性特征有所改善;与Lognormal统计分布函数相比,GaussAmp统计分布函数建立的本构模型能够更好地描述SMOCC单轴受压力学行为和损伤演化过程。研究成果可为SMOCC的设计和应用提供理论依据。 展开更多
关键词 木屑-氯氧镁水泥复合材料 力学性能 加载速率 损伤变量 本构模型
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周期性渗流-应力耦合下滑带土的蠕变特性试验研究
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作者 张海燕 胡新丽 李亚博 《岩土力学》 北大核心 2025年第7期2189-2198,共10页
滑带土对滑坡的变形演化具有重要的控制作用,因此研究其在渗流-应力耦合下的蠕变特性对理解水库滑坡的演化具有重要意义。以三峡库区马家沟滑坡滑带土为研究对象,开展了周期性渗流-应力耦合下的孔压测试和蠕变试验,分析了周期性渗透压... 滑带土对滑坡的变形演化具有重要的控制作用,因此研究其在渗流-应力耦合下的蠕变特性对理解水库滑坡的演化具有重要意义。以三峡库区马家沟滑坡滑带土为研究对象,开展了周期性渗流-应力耦合下的孔压测试和蠕变试验,分析了周期性渗透压的动力效应、试样内孔隙水压力的传递与分布规律,以及滑带土蠕变对周期性渗透压的响应特征。结果表明,周期性渗透压通过改变试样内孔隙水压力的传递和消散影响滑带土的变形;随着循环次数增加,试样内孔隙水压力趋于稳定并呈抛物线分布;在周期性渗透压作用下,滑带土出现“黏滑蠕变”现象,当偏应力较小时,滑带土蠕变对周期性渗透压有明显波动响应;而当偏应力超过900 kPa时,滑带土对渗透压的响应不再明显。 展开更多
关键词 滑带土 周期性渗透压 渗流-应力耦合 蠕变特性
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渗流-应力耦合作用下尾砂结石体渗透特性演化试验研究
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作者 韦耀祥 柴陆军 +3 位作者 程爱平 李东立 邬坤 张冬旺 《金属矿山》 北大核心 2025年第6期52-62,共11页
尾砂结石体作为一种绿色环保的注浆材料,在矿山注浆堵水技术中已得到了广泛应用,其渗透特性对矿山的安全开采至关重要。基于此,本研究制作了不同水泥含量的尾砂结石体试样,采用岩石渗透试验系统,开展了不同渗透压和围压下的尾砂结石体... 尾砂结石体作为一种绿色环保的注浆材料,在矿山注浆堵水技术中已得到了广泛应用,其渗透特性对矿山的安全开采至关重要。基于此,本研究制作了不同水泥含量的尾砂结石体试样,采用岩石渗透试验系统,开展了不同渗透压和围压下的尾砂结石体渗流—应力耦合渗透试验,阐明了尾砂结石体在渗流—应力耦合作用下的渗透特性演化规律;并结合低场核磁共振系统,揭示了尾砂结石体渗透特性演化机理。研究结果表明:(1)尾砂结石体的孔隙率、流速及渗透率演化规律高度吻合,且呈现出显著的阶段性特征,具体可分为迅速饱和阶段、体缩抑流阶段和稳定渗流阶段;(2)尾砂结石体孔隙率、流速和渗透率演化规律与水泥含量和围压的变化呈负相关关系,与渗透压变化呈正相关关系;(3)孔隙结构的变化是主导尾砂结石体渗透特性演化的关键因素,随着渗透压的提高,中孔隙以及大孔隙占比升高,渗透率进而增高;随着围压的提高,微孔隙的占比升高,渗透率从而降低。研究结果可为注浆工程提供理论指导. 展开更多
关键词 尾砂结石体 渗流-应力耦合 渗透特性 核磁共振
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基于损伤比强度理论的约束地聚物混凝土塑性-损伤模型及应用
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作者 张绍松 丁发兴 吴霞 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第4期1735-1746,共12页
为建立约束地聚物混凝土塑性-损伤模型,整理分析了国内外地聚物混凝土力学性能试验数据资料,对地聚物混凝土的各种力学性能指标进行了统一分析,提出了地聚物混凝土基本力学性能包括轴心抗压(拉)强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、轴心受压(... 为建立约束地聚物混凝土塑性-损伤模型,整理分析了国内外地聚物混凝土力学性能试验数据资料,对地聚物混凝土的各种力学性能指标进行了统一分析,提出了地聚物混凝土基本力学性能包括轴心抗压(拉)强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、轴心受压(拉)峰值应变等统一计算公式,建立了地聚物混凝土单轴受压(拉)应力-应变全曲线表达式。基于其他混凝土损伤比强度理论和现有地聚物混凝土围压三轴强度试验数据,提出了地聚物混凝土损伤比强度理论,建议了地聚物混凝土塑性-损伤模型中的三轴参数,包括膨胀角、拉压子午线强度比值和二轴等压与单轴抗压强度比值等,形成了约束地聚物混凝土塑性-损伤模型。基于ABAQUS有限元软件对钢筋地聚物混凝土简支梁四点弯曲试验、钢管地聚物混凝土短柱轴压试验及钢筋地聚物混凝土柱拟静力试验进行模拟,验证了该模型的有效性。研究结果表明:1)提出的各基本力学性能计算公式计算结果与试验结果吻合良好,计算精度较高;2)提出的地聚物混凝土单轴受压与受拉应力-应变全曲线与试验曲线吻合度较高;3)应用约束地聚物混凝土三轴塑性-损伤模型的有限元模型计算结果(包括钢筋地聚物混凝土简支梁荷载-挠度曲线、钢管地聚物混凝土短柱轴压荷载-应变曲线及钢筋地聚物混凝土柱荷载-位移滞回曲线)和试验结果较为吻合。 展开更多
关键词 损伤比强度理论 地聚物混凝土 力学性能 塑性-损伤模型 有限元分析
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冻融-弯曲荷载耦合作用下再生复合微粉混凝土损伤本构模型
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作者 高洁 石丹丹 +1 位作者 关虓 满晨 《混凝土》 北大核心 2025年第6期130-136,共7页
为研究冻融-弯曲荷载耦合作用下再生复合微粉混凝土(RCMC)损伤演化特征并建立损伤本构模型,对冻融-弯曲荷载耦合后的RCMC进行了相对动弹性模量测试、轴心受压试验和声发射试验,分析RCMC的力学性能和损伤发展,基于声发射累积能量建立考... 为研究冻融-弯曲荷载耦合作用下再生复合微粉混凝土(RCMC)损伤演化特征并建立损伤本构模型,对冻融-弯曲荷载耦合后的RCMC进行了相对动弹性模量测试、轴心受压试验和声发射试验,分析RCMC的力学性能和损伤发展,基于声发射累积能量建立考虑压密阶段的轴心受荷损伤模型,结合冻融-弯曲荷载耦合环境下的初始损伤,建立了冻融-弯曲荷载耦合后RCMC轴心受压全过程的分段损伤本构模型。结果表明:声发射累积能量可准确描述RCMC试件的损伤演化规律,随着冻融-弯曲荷载耦合作用的加剧,压密阶段声发射累积能量增加速率逐渐增大,RCMC相对动弹性模量下降速度加快,建立的损伤本构模型能较准确地反映RCMC试件在冻融-弯曲荷载耦合环境和轴心受压荷载作用下的损伤特征。 展开更多
关键词 损伤本构模型 声发射累积能量 轴心受压 冻融-弯曲荷载耦合
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岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型研究(Ⅰ):模型建立及其数值求解程序 被引量:28
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作者 王军祥 姜谙男 宋战平 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第S2期626-637,644,共13页
在地下水渗流场、应力场、损伤场的耦合作用下更易造成隧道围岩坍塌或涌水等灾害。首先,将围岩材料视作各向同性连续介质,基于Drucker-Prager准则建立岩石弹塑性损伤本构模型,采用完全隐式返回映射算法实现弹塑性损伤本构方程的数值求... 在地下水渗流场、应力场、损伤场的耦合作用下更易造成隧道围岩坍塌或涌水等灾害。首先,将围岩材料视作各向同性连续介质,基于Drucker-Prager准则建立岩石弹塑性损伤本构模型,采用完全隐式返回映射算法实现弹塑性损伤本构方程的数值求解。其次,以上述研究为基础根据岩石处于弹塑性状态时渗透系数动态演化公式,建立岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型,并给出三场耦合情况下的数值求解迭代方法。针对耦合模型中涉及参数较多且不易测定的问题,基于差异进化算法原理建立智能反分析方法,对耦合模型中的损伤参数进行反演。最后,利用C++语言编制相应的岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合程序和参数反演程序,利用所编程序进行以下计算:(1)对智能反分析程序的性能、正确性进行分析,对比不同差异策略、交叉因子、变异因子的反演精度和收敛速度。(2)分别采用弹性模型和弹塑性损伤模型进行隧道围岩位移场、应力场的计算。(3)不考虑力学作用的情况下进行孔隙水压力、渗流量的计算。(4)采用所建耦合模型计算得到隧道围岩应力场、渗流场以及损伤场的相互影响规律。研究结果表明,基于差异进化算法的智能反分析程序能够较好地解决耦合模型中损伤参数不易确定的难题,为实际工程中获得不易测定的计算参数提供了有效的方法,同时所建立的耦合模型通过应力、渗流和损伤的相互作用更能够真实地反映出岩石材料的宏观破坏现象,所编计算程序能够模拟地下水渗流场、应力场、损伤场之间的耦合特性,为受地下水影响严重的工程建设提供了方法,研究结论为后期对实际隧道工程进行耦合计算奠定基础。 展开更多
关键词 弹塑性损伤本构模型 渗透系数 弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型 损伤参数反演
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岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型研究(Ⅱ):参数反演及数值模拟 被引量:12
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作者 王军祥 姜谙男 宋战平 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期3606-3614,共9页
海底隧道或近海富水区隧道围岩长期处于地下水环境中,围岩稳定性受渗流场的影响较为明显,由于渗流场作用使得应力场、损伤场发生变化,而围岩应力场、损伤场的变化又对渗流场产生反作用,三场耦合效应十分显著。针对耦合模型中参数多、确... 海底隧道或近海富水区隧道围岩长期处于地下水环境中,围岩稳定性受渗流场的影响较为明显,由于渗流场作用使得应力场、损伤场发生变化,而围岩应力场、损伤场的变化又对渗流场产生反作用,三场耦合效应十分显著。针对耦合模型中参数多、确定难度大的问题,进行耦合模型中损伤参数的反演。采用基于岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型所编制的计算程序和智能位移反分析程序,对大连地铁海事大学试验线路过河段隧道施工过程中的围岩稳定性进行数值计算。根据现场监测位移采用耦合模型进行损伤参数反演,其中耦合计算中采用应力场与渗流场分别迭代求解的间接耦合方法进行有限元计算,利用反演的参数对隧道围岩应力场、渗流场、损伤场分布规律及衬砌结构的受力特征进行了分析。研究结果表明:利用位移反分析法得到的围岩力学参数进行类似地质条件的隧道围岩数值分析是可行的,进而可以预测围岩的变形破坏模式,判断围岩的稳定性。与此同时,通过数值计算可知,地下水的渗流作用对近海隧道的围岩变形有一定的影响,增加了围岩的应力、位移,从围岩-支护结构共同作用原理考虑,进行隧道支护结构设计是应该考虑三场耦合效应的,计算结果可以指导隧道防排水施工质量的改进与提高,为近海富水区隧道开挖设计提供一定的理论参考。 展开更多
关键词 近海富水区隧道 围岩稳定性 弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型 智能反分析 程序编制
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泥岩渗流-应力耦合蠕变损伤模型研究(Ⅱ):数值仿真和参数反演 被引量:8
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作者 贾善坡 陈卫忠 +1 位作者 于洪丹 李香玲 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第10期3163-3170,共8页
进一步分析了第Ⅰ部分[1]提出的泥岩渗流-应力耦合蠕变损伤模型。在连续损伤力学理论和比奥(Biot)理论的基础上,导出了考虑渗流-应力-损伤耦合的蠕变损伤有限元格式,建立了弹性预测、塑性修正、损伤修正-渗透系数修正的数值分析框架,编... 进一步分析了第Ⅰ部分[1]提出的泥岩渗流-应力耦合蠕变损伤模型。在连续损伤力学理论和比奥(Biot)理论的基础上,导出了考虑渗流-应力-损伤耦合的蠕变损伤有限元格式,建立了弹性预测、塑性修正、损伤修正-渗透系数修正的数值分析框架,编制了非线性有限元分析程序。根据监测的衬砌长期变形数据,采用优化反分析法获得了蠕变损伤模型中的待定参数,并应用于比利时核废料库施工过程中泥岩巷道围岩渗流-应力耦合过程、损伤演化以及长期稳定性分析,研究结果表明,泥岩开挖后渗透性明显增大,约为原岩的120倍,蠕变效应导致泥岩裂隙和渗透性自愈合,约3.5年后渗透性基本恢复到原岩的数量级,围岩中部的蠕变明显大于顶部和底部。研究成果对软岩隧洞长期稳定性的预测与预报具有一定的参考意义。 展开更多
关键词 泥岩 本构模型 损伤力学 渗流-应力耦合 有限元 反演
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聚脲金属复合层板应力-应变特性仿真及验证方法研究
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作者 邹喜红 张艺巍 +5 位作者 袁冬梅 向刚 谭云龙 邱伟本 王秦锋 熊锋 《兵器装备工程学报》 北大核心 2025年第7期303-311,共9页
应力-应变特性是聚脲金属复合层板疲劳强度设计和分析的基础,因此提出了聚脲金属复合层板应力-应变特性仿真及验证方法。在复合层板有限元模型的聚脲层和金属层之间插入cohesive单元模拟两者之间的脱粘工艺;在拉伸试验的基础上,采用Ogde... 应力-应变特性是聚脲金属复合层板疲劳强度设计和分析的基础,因此提出了聚脲金属复合层板应力-应变特性仿真及验证方法。在复合层板有限元模型的聚脲层和金属层之间插入cohesive单元模拟两者之间的脱粘工艺;在拉伸试验的基础上,采用Ogden二阶超弹性模型建立聚脲本构模型,并分别建立金属弹、塑性和损伤阶段的本构模型,将建立的本构模型及参数应用于有限元模型中完成仿真。结果表明:试验与仿真应力-应变曲线的弹性模量、屈服强度和抗拉强度误差均在5%以内。两者的吻合程度较好,验证了建立的聚脲金属复合层板应力-应变特性仿真及验证方法的有效性。 展开更多
关键词 聚脲金属 复合层板 本构模型 应力-应变曲线 仿真验证
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