›› 2017, Vol. 38 ›› Issue (1): 10-18.doi: 10.16285/j.rsm.2017.01.002

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

考虑赋存模式影响的含水合物沉积物的本构模型研究

颜荣涛1, 2,梁维云1, 2,韦昌富1, 2,吴二林1, 2   

  1. 1. 桂林理工大学 广西建筑新能源与节能重点实验室,广西 桂林 541004;2. 桂林理工大学 土木与建筑工程学院,广西 桂林 541004
  • 收稿日期:2016-05-23 出版日期:2017-01-11 发布日期:2018-06-05
  • 作者简介:颜荣涛,男,1984年生,博士,副教授,主要从事含天然气水合物沉积物力学方面的研究工作。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(No. 11562007,No. 51239010,No. 51309055),广西自然科学基金(2014GXNSFBA118236)。

A constitutive model for gas hydrate-bearing sediments considering hydrate occurring habits

YAN Rong-tao1, 2, LIANG Wei-yun1, 2, WEI Chang-fu1, 2, WU Er-lin1, 2   

  1. 1. Guangxi Key Laboratory of New Energy and Building Energy Saving, Guilin University of Technology, Guilin, Guangxi 541004, China; 2. College of Civil Engineering and Architecture, Guilin University of Technology, Guilin, Guangxi 541004, China
  • Received:2016-05-23 Online:2017-01-11 Published:2018-06-05
  • Supported by:

    This work was supported by the National Science Foundations of China (11562007, 51239010, 51309055), and the National Science Foundations of Guangxi (2014GXNSFBA118236).

摘要: 水合物含量和水合物赋存模式都会对含水合物沉积物的力学特性产生影响,但目前的本构模型很少考虑水合物赋存模式的影响。在分析水合物赋存模式对含水合物沉积物力学特性影响机制的基础上,提出了采用有效水合物饱和度来描述水合物赋存模式对沉积物力学特性的影响。基于前人建立的含水合物沉积物的统计损伤本构模型,假设含水合物沉积物微元强度服从Weibull分布,采用Drucker-Prager强度准则描述微元强度,建立了考虑水合物赋存模式影响的含水合物沉积物的统计损伤本构模型。该模型修正了水合物含量和试验围压对弹性模型的影响关系式,并且建立了模型参数m和F0与水合物饱和度sh和试验围压?3之间的关系。通过与试验数据的对比,说明该模型能很好地模拟含水合物沉积物的应力-应变关系,反映水合物含量和水合物赋存模式对含水合物沉积物的刚度、强度、应变软化等力学特性的影响规律。

关键词: 含水合物沉积物, 赋存模式, 损伤, 本构模型

Abstract: Not only hydrate amount but also occurrence habits of hydrate in sediments influence the mechanical characteristics of gas hydrate-bearing sediments (GHBS). In constitutive models proposed recently, however, the influence of occurrence habits is not considered. Based upon the influence mechanism of occurrence habits of hydrate on mechanical behaviors of GHBS, a novel concept, called effective saturation of hydrate, is proposed to address the influence of occurrence habit of hydrate. Referring to the statistical damage constitutive model for GHBS by previous researchers, a statistical damage constitutive model considering occurrence habits of hydrate is developed. In this model, the strengths of microelements for GHBS are assumed to obey the Weibull distribution, and the strength of microelement is calculated using the Drucker-Prager strength criterion. A modified empirical formula of elastic modulus is suggested to consider the effect of hydrate saturation and testing confining pressure. Meanwhile, the relationships between model parameters m and F0 , hydrate saturation sh and confining pressure?3 are analyzed; then the fitting expressions are furtherly proposed. Finally, it is demonstrated that this model can simulate well the stress-strain curves of GHBS, and has capacity of reflecting the stiffness, strength and softening characteristics of GHBS.

Key words: hydrate-bearing sediment, occurrence habit, damage, constitutive model

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[1] 孟庆彬, 王杰, 韩立军, 孙稳, 乔卫国, 王刚, . 极弱胶结岩石物理力学特性及本构模型研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 19-29.
[2] 张艳博, 吴文瑞, 姚旭龙, 梁鹏, 田宝柱, 黄艳利, 梁精龙, . 单轴压缩下花岗岩声发射、红外特征及 损伤演化试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 139-146.
[3] 王翔南, 郝青硕, 喻葭临, 于玉贞, 吕禾. 基于扩展有限元法的大坝面板脱空三维模拟分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 329-336.
[4] 叶阳, 曾亚武, 杜欣, 孙翰卿, 陈曦, . 球形砾石碰撞损伤破碎三维离散元模拟研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 368-378.
[5] 高玮, 胡承杰, 贺天阳, 陈新, 周聪, 崔爽, . 基于统计强度理论的破裂岩体本构模型研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2179-2188.
[6] 朱剑锋, 徐日庆, 罗战友, 潘斌杰, 饶春义, . 考虑固化剂掺量影响的镁质水泥固化土 非线性本构模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2224-2232.
[7] 杨艳霜, 周辉, 梅松华, 张占荣, 李金兰. 高地应力硬脆性围岩开挖损伤区时效性扩展案例分析——特征与机制[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1357-1365.
[8] 王青元, 刘杰, 王培涛, 刘飞, . 冲击扰动诱发蠕变岩石加速失稳破坏试验[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 781-788.
[9] 杨高升, 白冰, 姚晓亮, . 高含冰量冻土路基融化固结规律研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 1010-1018.
[10] 侯会明, 胡大伟, 周辉, 卢景景, 吕涛, 张帆. 考虑开挖损伤的高放废物地质处置库温度-渗流-应力耦合数值模拟方法[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 1056-1064.
[11] 陈卫忠, 李翻翻, 雷江, 于洪丹, 马永尚, . 热−水−力耦合条件下黏土岩蠕变特性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 379-388.
[12] 金青, 王艺霖, 崔新壮, 王成军, 张珂, 刘正银, . 拉拔作用下土工合成材料在风化料-废弃轮胎 橡胶颗粒轻质土中的变形行为研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 408-418.
[13] 张峰瑞, 姜谙男, 杨秀荣, 申发义. 冻融循环下花岗岩剪切蠕变试验与模型研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 509-519.
[14] 邓子千, 陈嘉帅, 王建伟, 刘小文, . 基于SFG模型的统一屈服面本构模型与试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 527-534.
[15] 李潇旋, 李涛, 彭丽云, . 控制吸力循环荷载下非饱和黏性土 的弹塑性双面模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 552-560.
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