基于内时理论的含瓦斯煤岩损伤本构模型研究

从内时理论出发,通过内蕴时间的重新构造,在Helmholtz自由能中引入损伤变量,利用连续介质不可逆热力学的基本原理推导出了含瓦斯煤岩的内时损伤本构方程,并给出了确定本构模型中各参数的方法。同时,对在三轴应力条件下所建立的本构方程进行了求解分析与试验验证。结果表明,该本构方程能很好地描述含瓦斯煤岩在损伤发生前后的变形特点,并能有效地反映含瓦斯煤岩的非线性和剪胀扩容等物理力学现象。     

内时理论简介与岩土内时本构关系研究展望

本文简述了内时理论的基本内容与应用,並从实际应用的目的出发,提出了关于进一步开展内时理论研究的一些看法,诸如内时函数Z的确定问题、Z与固体材料强度之间的关系问题等。     

考虑温度效应的岩石损伤内时本构关系

本文根据岩石类材料受载时的损伤破坏机理,首次引入两个损伤变量 D_1和 D_0用以反映外载荷体量和偏量的作用,在内时理论的基础上建立起考虑温度效应的岩石损伤本构方程,并导出具有明确物理意义的本构方程增量型关系式。在不同温度下用大理岩试样进行了压缩实验和声发射实验。根据实验所得结果,确定了本构方程中材料的所有参数,得到了大理岩材料受温度影响其性质发生变化的一些有意义的结论。     

岩石的率内时本构方程研究

本文根据岩石钻凿的冲击动力特性，提出了一种将牛顿时间引入到内时理论中去，建立了考虑应变率效率的率相关内时本构方程，所得结果与花岗岩动力试验基本吻合。     

含瓦斯煤相似材料研制及其突出试验应用

采用相似物理模拟试验研究煤与瓦斯突出机制和规律是目前有效的方法,含瓦斯煤体相似材料是突出定量模拟的关键因素。研制出一种新型的含瓦斯煤体相似材料,该相似材料以一定粒径分布的煤粉为骨料,以腐植酸钠水溶液为胶结剂,混合压制成型后干燥。大量正交配比试验表明:在成型压力15 MPa下,相似材料的重度、孔隙率趋于稳定并与原煤十分接近;相似材料抗压强度高,可调范围达0.5~2.8 MPa,与胶结剂浓度近似呈线性正比关系;吸附解吸试验表明,相似材料的吸附性良好,其与原煤的吸附等温线一致;并且具有材料价格低廉、无毒副作用、配比简单、性能稳定和各物理力学参数调节方便等特点,可用来模拟不同强度原煤。采用相似材料制作的型煤开展了煤与瓦斯突出试验,成功模拟了煤与瓦斯突出现象和过程,证明该相似材料能很好地模拟具有吸附解吸特性的含瓦斯煤体。     

冻土弹塑性本构模型研究现状

土体的本构模型是分析计算土工结构变形规律的关键。自剑桥模型提出以来,对于土体本构模型的研究,各国学者在不同环境条件下发展研究了适用于相应试验条件下的各类模型。随着寒区经济的发展,关于冻土力学性质的研究日益增多,许多学者借鉴常规融土的研究方法建立了不同条件下的冻土弹塑性本构模型。为了进一步理清冻土变形行为的特征,完善适用于冻土弹塑性行为的本构模拟理论和方法,作者总结和分析了各类冻土弹塑性本构模型的理论基础、建模方法、参数确定方法等内容,对进一步发展可准确描述冻土复杂力学行为的本构模型具有指导意义。     

冻融作用下岩石力-热-水耦合本构模型研究

在寒区隧道工程中,冻胀的水分迁移作用加剧了隧道围岩的冻融破坏。耦合水分迁移作用的岩石本构模型对防治冻融渗漏、崩塌等隧道围岩灾害有着重要意义。基于内状态变量理论,将冻胀过程中的水分迁移量作为本征变量引入Helmholtz自由能,在热力学框架下建立了一个岩石力-热-水耦合本构模型。模型描述了温度和水分迁移对冻融后岩石损伤阈值、等向强化饱和值、等向强化速率等力学参数的影响。模拟了岩石冻融后力学性质的劣化。区别于全量经验公式,本模型以增量形式给出,为复杂应力历史条件下的数值模拟提供了便利。通过将模型模拟曲线与冻融后岩石常规三轴压缩试验曲线进行对比,初步验证模型的可靠性,为实际寒区工程的冻胀破坏预测提供参考。     

关于“基于内变量和张量函数表示定理的本构方程”的讨论

发表在《岩土力学》2010年第31卷第2期上的《基于内变量和张量函数表示定理的本构方程》一文(以下简称原文)[1],未能反映出塑性本构理论的特殊规律,为此希望与原文作者进行学术讨论。     

层状赋存含水合物沉积物的本构模型研究

推进天然气水合物资源开采是我国能源战略的重要任务。层状赋存形态的含水合物沉积物在目标开采储层中普遍存在,水合物开采引起的沉积物层扰动会直接诱发剪切变形影响储层的稳定性,严重制约水合物资源的安全开采。现有水合物沉积物的本构表征主要基于空间均匀分布、各向同性的材料特征假设,缺少考虑水合物沉积物的强非线性力学特性受层状赋存形态影响的本构表征方法,无法准确预测目标开采储层的应力-应变规律。本文采用均匀化理论,基于每层沉积物的弹塑性刚度矩阵构建层状形态代表体积单元的宏细观控制方程,建立了层状赋存含水合物沉积物的本构表征方法。代表体积单元内每层的沉积物模型参数可基于均质含水合物沉积物试样的三轴试验标定获取。通过将层状本构模型预测和层状沉积物三轴试验以及数值试验的应力-应变关系对比验证,本研究提出的层状本构模型可准确描述原位储层中层状赋存含水合沉积物的力学行为。     

基于达维坚科夫骨架曲线的软土非线性动力本构模型研究

试验研究表明,上海地区软土的动力变形特性符合“应变软化”规律,可用达维坚科夫（Давидеков）模型描述。首先以达维坚科夫骨架曲线为基础,采用Masing法则,构造了土体加载、再卸载的动应力-应变关系滞回曲线,推导了达维坚科夫骨架曲线和卸载、再加载滞回曲线的增量剪切模量表达式。随后将土体动应力-应变关系曲线从一维推广到三维应变空间,基于FLAC3D提供的二次开发平台,编制了基于达维坚科夫骨架曲线和符合广义Masing法则的土体非线性动力本构模型计算程序,并且通过复杂加载路径验证了编制程序的正确性和合理性。以相关文献中的土体动剪切模量比 随剪应变幅值 变化,以及阻尼比 随剪应变幅值 变化的试验结果为依据,运用编制程序计算了不同剪应变幅值下的 - 和 - 曲线,并与文献试验结果进行了对比。研究结果表明,相比于工程上广泛应用的Hardin-Drnevich模型,基于达维坚科夫骨架曲线构造的本构模型所得到的软土 - 和 - 曲线能与试验结果更符合,进而验证了所建立的本构模型的合理性与实用性,其结果可用于上海地区软土场地的动力计算反应分析。     

地质材料率性相关的内变量本构理论的研究

本文根据地质材料的基本特性,提出了一种率性相关的内变量本构理论。该理论反映了地质材斟的温度、应变速率、尺寸及其原位损伤等因素的影响。文章中就某些特例进行了分析,并得到较好的结果。     

浅埋近水平煤层采动地面变形规律研究

以神府矿区大柳塔煤矿１２０３综采工作面为例,探讨了浅埋煤层开采过程中,地面下沉变形孤过程及有关参数,为地面建筑物的安全煤柱留设提供了依据。『     

两种煤质分析指标的关联方程组研究

在综合分析大量文献资料的基础上，采用多元线性回归方法，利用MATLAB对大量煤质分析结果进行了回归分析，推导出了煤质元素分析与工业分析的关联方程组。新方法实现了由工业分析结果求元素分析成分的目的，具有重大的实用意义。     

土的边界面本构模型研究进展

简述了土的边界面本构模型国内外研究状况，阐述了其基本思想。对边界面模型作了简要评述，提出了边界面模型研究的发展趋向。     

闽西南地区煤层形变影响因素分析

闽西南地区主要含煤地层为二叠系下统童子岩组,区内总体构造为新华夏构造体系龙岩山字型构造,在该体系下形成的褶皱、断层以及火成岩侵入是造成本区煤层形变的主要因素。褶皱主要以纵弯作用、横弯作用和不协调褶曲作用使煤层产生千姿百态的形变效应;断层的影响主要表现为断层无煤带和断层两侧煤厚变化带;火成岩侵入可造成横切无煤带和煤层局部变薄、吞蚀现象等。     

岩土材料弹塑性动本构模型研究概况

本文介绍了砂土本构模型研究的历史及现状,特别是对国内较少涉及的动弹塑性本构模型研究情况作了详细的介绍,并就作者的理解体会作了一些评价。     

冻粘土蠕变损伤耦合本构关系研究

以冻土试验为基础,提出了冻粘土服从DP屈服准则的粘塑损伤变量,通过推导得到了相关联流动法则下的冻土粘弹塑性损伤耦合本构方程.为了研究粘弹塑性和损伤的耦合作用,将建立的冻土材料粘弹塑性损伤耦合本构模型,通过用户子程序嵌入到ADINA有限元中.结果表明:粘弹塑损伤耦合本构模型能较好的模拟冻粘土加速蠕变过程,与实测蠕变吻合较好.     

考虑微观结构的非饱和渗透系数计算公式

分维理论是预测非饱和渗透系数的一种常用方法。在对有侧限条件下高庙子膨润土的非饱和渗透系数的试验结果分析后,发现分维理论并不适用,其缺陷在于不能够反映膨润土这种特殊粘土在水化过程中的微观结构变化。因为膨润土是一种纳米材料,其小孔隙和大孔隙分布在水化过程中都会发生变化,而一般性粘土和砂土没有这种特殊的物理化学特性。结合Kozeny—Carman关于多孔介质的半经验公式,提出了半经验一半理论的考虑微结构的膨润土的非饱和渗透系数计算公式。在对高庙子膨润土的扫描电镜试验和压汞试验资料分析的基础上,定性验证了所提出公式的正确性。     

急倾斜多煤层勘查区煤层层位测井曲线对比研究

急倾斜地层,特别是多煤层的急倾斜地层勘查区,由于地层倾角的变化较大,单纯依靠钻孔取心进行煤层层位对比或利用地震时间剖面同相轴进行煤层层位追踪,效果均不理想。以新疆尼勒克煤田胡吉尔台勘查区为例,在钻探施工方法各异的情况下,通过对各种勘探方法的比较,最终选择误差影响因素较小的自然伽马测井曲线进行煤层层位对比,并找出了该区煤单层、煤层组合及煤岩层组合等自然伽马测井曲线响应特征,如11煤的＂上凹下峰＂形态,7煤层与9煤层的＂手套＂形态,16、17、18煤的尖峰与直立组合形态等。根据上述标志层的典型响应特征,采用先走向后倾向的原则,对全区进行煤岩层对比,揭示了该勘查区煤层的分岔、合并、冲刷、沉缺、煤层厚度等变化规律,取得了良好的对比效果。