西安地区地裂缝带Q3原状黄土流变特性试验研究

汾渭盆地是我国乃至世界上地裂缝最为发育、灾害最为严重的地区。考虑在漫长的地质历史过程中黄土的流变特性对地裂缝破裂扩展模式的影响,采用分级循环加卸载方式,对西安地区长安地裂缝（fc1）带Q3原状黄土进行了不同围压下的固结不排水三轴流变特性试验,得到了地裂缝带Q3原状黄土的蠕变加、卸载曲线和应变速率与时间关系曲线。试验结果表明,不同围压下地裂缝带Q3原状黄土表现为低应力下为减速蠕变,高应力下为减速蠕变和等速蠕变的特征。并基于统一流变力学模型理论,建立了适用于西安地区地裂缝带Q3原状黄土的三维蠕变本构模型,获得了相应的本构模型参数。该成果为研究隐伏地裂缝破裂扩展模式及其力学机制奠定了基础。     

冻土三轴蠕变非线性数学模型研究

采用MTS-810液压伺服材料试验机, 对人工配制的冻黏土试件进行了三轴蠕变试验, 获得了冻黏土在复杂应力状态下的蠕变曲线. 结果表明: 冻土的蠕变变形具有较强的温度敏感性, 温度越高, 这种温度敏感性越强; 相同温度下, 荷载越大, 变形越大. 运用相关理论, 推导了冻黏土在复杂应力状态下的三轴蠕变非线性数学模型, 采用MATLAB软件的数据拟合功能得到了模型方程参数的数值, 模型参数与温度之间存在密切关系, 建立了二者之间的数学表达式. 冻土三轴蠕变非线性数学模型的曲线与试验曲线拟合精度较高, 建立的数学模型可以精确体现冻土的蠕变规律, 能够为实际冻土工程的变形发展预测提供有效的理论指导.     

云母石英片岩蠕变模型参数选择研究

根据三轴蠕变试验曲线的特点,建立了云母石英片岩七元件线性黏弹塑性蠕变模型,采用最小二乘法对蠕变柔量时间曲线和应变时间蠕变曲线进行拟合确定蠕变模型参数,讨论了确定蠕变模型参数的影响因素及参数的合理性与可用性。结果表明:由于受到分级加载次数、初次加载应力值和加载时间的影响,两种曲线拟合确定的参数各不相同;云母石英片岩蠕变模型的非线性较明显;蠕变柔量时间曲线拟合确定的参数不予采用,应变时间蠕变曲线拟合确定的参数在各级应力水平下变化规律不明显;采用某种单一方法确定蠕变模型参数不够全面,建议采用综合辨识法,这样才能保证岩土工程中蠕变数值分析结果的正确合理性以及施工设计的安全可靠性。     

Research for time-temperature equivalence effect of rock (I):Theory research

In order to know about the rheological properties of rock in a long range of the time scale,method of increasing temperature was brought forward to accelerate the rheological process of rock,which could extend the time scale of experimental test data.Firstly,based on the generalized linear viscoelastic constitutive equation with temperature variable,the creep behavior of rock was divided into three types according to the different strain dependences of the time,that is,Hookean deformation,Newtonian flow,and retarded elasticity.Then the general equivalence relationship between time parameter and temperature parameter was derived for each type of strain.Finally,the relation between time parameter and temperature parameter in the whole creep was considered and the general theory of time-temperature equivalence effect(TTEE) of rock was established.This research reveals: ①The temperature effect on the instantaneous strain could be modified through vertical shift.②The key point of the TTEE of Newtonian flow depends on whether in the study of linear viscoelastic behavior of rock change of temperature is completely equivalent to a shift of the logarithmic time scale or not.③By plotting the results of a creep experiment performed at different temperatures and comparing the curves obtained,one can decide whether the rock considered have TTEE.④The TTEE of the whole creep should satisfy that the horizontal shift function of Newtonian flow and retarded elasticity is consentaneous.     

单轴压缩下岩石蠕变失稳破坏过程数值模拟

在岩石破裂过程分析（RFPA2D）系统的基础上,考虑岩石损伤过程的时间因素影响,引入岩石细观单元蠕变本构方程,建立了考虑流变效应的岩石破裂过程RFPA2D数值模型。应用该模型模拟了恒定荷载作用下岩石的蠕变破坏过程,得到了岩石蠕变破裂的3个典型阶段：初始蠕变阶段、稳定蠕变阶段和加速蠕变阶段,模拟结果同实验室试验所观察到的现象十分吻合。这表明考虑流变效应的RFPA2D数值模型适用于模拟岩石的蠕变破坏这一复杂的、非线性演化问题。此外,数值模拟还揭示了岩石的宏观蠕变破坏实质上是细观层次上单元损伤累计的结果,这些结论对岩石工程的长期稳定性研究具有重要的理论指导和实践意义。     

一种分析软土黏弹性的分数导数开尔文模型

软土是一种黏、弹、塑性材料,采用分数微积分模型来研究软土的蠕变规律目前尚未见到。选取了珠江三角洲南沙地区典型软土作为研究对象,在对其进行大量相关试验的基础上,采用含分数阶导数的开尔文模型来模拟该地区软土的蠕变规律,讨论了含分数阶导数的开尔文模型的蠕变柔量和松驰模量及其应用。与传统的开尔文模型相比较,分数阶导数的开尔文模型可以更好地拟合蠕变曲线,而且其形式简单、统一,在计算过程中需要调整的参数很少。可以预见,含分数阶导数的开尔文体在软土的流变本构研究领域及其计算中将有着广泛的应用前景。     

预应力锚索的预应力损失机理研究

预应力锚索结构的预应力损失问题是造成锚索失效的关键问题。在具体分析影响预应力损失的各种因素的基础上,给出了各因素导致预应力损失的具体计算方法。特别对长期荷载下预应力损失机理进行了分析,其中钢绞线采用松弛模型;围岩体采用流变模型;灌浆材料采用蠕变模型进行预测。并给出了相应的理论计算公式,为预应力锚索设计、施工以及工后管理等提供了理论依据。     

石油钻井工程中岩层蠕变速率及蠕变参数分析

石油勘探开发工程中,盐膏岩层及含膏泥岩由于具有较低的渗透特性,往往是大型油气藏的封闭层。由于盐层具有较大的流变特性,盐层钻井技术成为钻井工程中的重大技术难题。通过对某一勘探井盐岩层及含膏泥岩井眼不同时间间隔下的井眼测试,获得了井眼地层盐岩及软泥岩等岩层的蠕变速率。采用幂指数流变本构模型对盐岩及软泥岩的蠕变速率进行了分析,通过反演获得了该地质区块盐岩及软泥岩的蠕变参数。该参数能进一步用于对盐岩钻井过程中钻井液密度的优化分析中。     

多矿物岩石流变规律的研究进展及存在问题

总结了近年来由多种矿物组成的岩石的流变规律的研究，阐述了多矿物岩石流变性质研究的意义和进展，再从实验和理论两个方面，详细论述了目前最具代表性的三种理论模型，算术平均方法、几何平均方法和能量极小方法，最后，指出这方面研究仍然存在的问题和进一步研究的方向。     

时温叠加法确定土工合成材料蠕变折减系数

简单地介绍了加速土工合成材料蠕变试验的时温叠加方法原理和,移动因子的计算公式和意义。如果试验所得的曲线有拐点,则相邻曲线既有水平移动也有垂直移动。利用时温叠加方法得到的移动后的应力-时间曲线,可以直接确定土工合成材料设计寿命时的蠕变强度,抗拉强度除以蠕变强度即为蠕变折减系数。还重点阐述了利用时温叠加法确定蠕变强度和蠕变折减系数的步骤和过程,同时给出了具体的算例,并提出了建议和有待改进之处。