›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (3): 769-776.doi: 10.16285/j.rsm.2015.03.022

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

盐岩流变损伤特性及本构模型研究

丁靖洋1,周宏伟1,陈 琼1,刘 迪1,刘建锋2   

  1. 1. 中国矿业大学(北京) 煤炭资源与安全开采国家重点试验室,北京 100083;2. 四川大学 水利水电学院,四川 成都 610065
  • 收稿日期:2014-02-17 出版日期:2015-03-11 发布日期:2018-06-13
  • 作者简介:丁靖洋,男,1985年生,博士研究生,主要从事岩石流变方面的研究工作。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(No.11172318);国家973项目(No.2009CB724602)。

Characters of rheological damage and constitutive model of salt rock

DING Jing-yang1,ZHOU Hong-wei1,CHEN Qiong1,LIU Di1,LIU Jian-feng2   

  1. 1. State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining, China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China; 2. College of Water Resources and Hydropower, Sichuan University, Chengdu, Sichuan 610065, China
  • Received:2014-02-17 Online:2015-03-11 Published:2018-06-13

摘要: 借助盐岩单轴流变-声发射试验,分析了流变3个特征阶段与声发射事件数的对应关系,并基于Weibull分布构建了声发射事件数随加载时间的关系式,进而获得了损伤变量的演化关系式。对盐岩流变-声发射试验及流变-超声波试验数据拟合分析表明,该损伤变量表达式具有很好的适用性。进一步对损伤表达式中的参数进行了敏感性分析,揭示了形状参数、尺度参数对损伤值的影响规律。引入分数阶微积分理论及损伤理论,构建了基于损伤的Abel黏壶本构关系,通过替代西原模型中Newton黏壶的方法,求解获得了盐岩分数阶流变本构模型。由盐岩单轴流变试验曲线拟合分析可知,分数阶流变模型能很好地描述盐岩流变的3个特征阶段,尤其是加速流变阶段,且验证了西原模型为分数阶流变模型的一种特殊形式。

关键词: 流变-声发射, Weibull分布, 损伤演化, 分数阶微积分理论, 盐岩单轴流变试验

Abstract: This paper analyzes the correlations between three regions of rheology and numbers of acoustic emission (AE) events with the application of the rheology-AE test for salt rock under the condition of uniaxial compression. On the basis of the relationship between AE events and loading time, which is obtained from Weibull distribution, the function of damage variable with time is proposed. By comparing the fitting results with data obtained from the rheology-AE test and the rheology-ultrasonic test of salt rock, it is found that the function of damage variable with time has an excellent applicability. In addition, this paper conducts the sensitivity analysis of parameters in the function of damage variable with time and reveals the effects of shape parameters and scale parameters on the damage variable of salt rock. The theories of fractional calculus and damage are introduced to build the constitutive model of the variable-viscosity Abel dashpot. By replacing the Newton dashpot in the Nishihara model with the variable-viscosity Abel dashpot, the fractional rheological model of salt rock is proposed. The fitting analysis of uniaxial rheological test curves of salt rock suggests that the fractional rheological model is evidently superior to Nishihara model in describing three regions of rheology, especially the accelerating one. Furthermore, the Nishihara model is proved to be a special case of the fractional rheological model.

Key words: rheology-acoustic emission, Weibull distribution, damage evolution, theory of fractional calculus, uniaxial rheological test of salt rock

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[1] 王峰, 张建清, . 考虑颗粒强度尺寸效应的原型堆石料破碎特性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 87-94.
[2] 宋勇军, 杨慧敏, 张磊涛, 任建喜. 冻结红砂岩单轴损伤破坏CT实时试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 152-160.
[3] 康燕飞, 陈 结, 姜德义, 刘 伟, 范金洋. 盐岩损伤自愈合特性研究综述[J]. 岩土力学, 2019, 40(1): 55-69.
[4] 方祥位,李晶鑫,李 捷,申春妮,. 珊瑚砂微生物固化体三轴压缩试验及损伤本构模型研究[J]. , 2018, 39(S1): 1-8.
[5] 刘 建,赵国彦,梁伟章,吴 浩,彭府华,. 非均匀岩石介质单轴压缩强度及变形破裂规律的数值模拟[J]. , 2018, 39(S1): 505-512.
[6] 陈子全,何 川,董唯杰,马杲宇,潘旭勇,裴成元,. 北疆侏罗系与白垩系泥质砂岩物理力学特性对比分析及其能量损伤演化机制研究[J]. , 2018, 39(8): 2873-2885.
[7] 陈子全,何 川,吴 迪,甘林卫,徐国文,杨文波. 深埋碳质千枚岩力学特性及其能量损伤演化机制[J]. , 2018, 39(2): 445-456.
[8] 李海潮,张 升,. 基于修正Lemaitre应变等价性假设的岩石损伤模型[J]. , 2017, 38(5): 1321-1326.
[9] 张军伟,姜德义,陈 结 ,赵云峰,程艳飞,. 复杂卸荷条件下卤水流量对盐岩溶解损伤特征研究[J]. , 2017, 38(3): 640-648.
[10] 刘冬桥,王 焯,张晓云, . 岩石应变软化变形特性及损伤本构模型研究[J]. , 2017, 38(10): 2901-2908.
[11] 刘志勇,肖明砾,谢红强,何江达, . 基于损伤演化的片岩应力松弛特性[J]. , 2016, 37(S1): 101-107.
[12] 胡少华, 章 光, 张 淼 ,姜秀玲,陈益峰,. 热处理北山花岗岩变形特性试验与损伤力学分析[J]. , 2016, 37(12): 3427-3436.
[13] 胡 华 ,蔡 亮 ,梁健业 ,程 剑 ,李祥华 , . 花岗岩残积土冲击损伤与损伤演化特性试验研究[J]. , 2015, 36(S1): 25-30.
[14] 张国凯,李海波,夏 祥,李俊如,于 崇,刘景森. 岩石单轴压缩下能量与损伤演化规律研究[J]. , 2015, 36(S1): 94-100.
[15] 陈 结 ,姜德义 ,邱华富 ,范金洋 ,任 松 ,杨春和 . 卤水浸泡后盐岩声发射特征试验研究[J]. , 2013, 34(7): 1937-1942.
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[1] 楚锡华,徐远杰. 基于形状改变比能对M-C准则与 D-P系列准则匹配关系的研究[J]. , 2009, 30(10): 2985 -2990 .
[2] 刘豆豆,陈卫忠,杨建平,谭贤君,周喜德. 脆性岩石卸围压强度特性试验研究[J]. , 2009, 30(9): 2588 -2594 .
[3] 王桂尧,李 斌,罗 军,付宏渊. 粉土基质吸力的新型量测装置与土-水特征研究[J]. , 2010, 31(11): 3678 -3682 .
[4] 王志萍,胡敏云,夏玲涛. 垃圾填土压缩特性的室内试验研究[J]. , 2009, 30(6): 1681 -1686 .
[5] 贾 强,应惠清,张 鑫. 锚杆静压桩技术在既有建筑物增设地下空间中的应用[J]. , 2009, 30(7): 2053 -2057 .
[6] 路军富,王明年,贾媛媛,喻 渝,谭忠盛. 高速铁路大断面黄土隧道二次衬砌施作时机研究[J]. , 2011, 32(3): 843 -848 .
[7] 党发宁 ,梁昕宇 ,田 威 ,陈厚群. 混凝土随机骨料模型尺寸效应的细观数值分析[J]. , 2009, 30(S2): 518 -523 .
[8] 王成华,安建国. 含扩径桩的群桩基础竖向承载性状数值分析[J]. , 2011, 32(S2): 580 -585 .
[9] 方 焘 ,刘新荣 ,耿大新 ,罗 照 ,纪孝团 ,郑明新 . 大直径变径桩竖向承载特性模型试验研究(I)[J]. , 2012, 33(10): 2947 -2952 .
[10] 李 杰 ,李文培 ,施存程 ,王德荣 ,范鹏贤 . 基于剪切滑移的圆形洞室应力状态研究[J]. , 2012, 33(11): 3271 -3277 .