›› 2013, Vol. 34 ›› Issue (S2): 168-173.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

干湿循环作用下砂岩力学特性及其本构模型的神经网络模拟

李克钢1, 2,郑东普3,黄维辉1   

  1. 1.昆明理工大学 国土资源工程学院,昆明 650093;2.重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044; 3. 邢台市建设工程质量检测中心,河北 刑台 054000
  • 收稿日期:2012-12-20 出版日期:2013-11-11 发布日期:2013-11-19
  • 作者简介:李克钢,男,1978年生,博士,副教授,主要从事岩土工程及地下工程方面的研究工作
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(No. 41202229, No. 51064012, No. 51264018)

Mechanical behavior of sandstone and its neural network simulation of constitutive model considering cyclic drying-wetting effect

LI Ke-gang1,2,ZHENG Dong-pu3,HUANG Wei-hui1   

  1. 1. Faculty of Land and Resources Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China; 2.State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control, Chongqing University, Chongqing 400044, China; 3. Xingtai Construct Engineering Quality Testing Center, Xingtai, Hebei 054000, China
  • Received:2012-12-20 Online:2013-11-11 Published:2013-11-19

摘要: 基于不同干湿循环作用下砂岩单轴压缩试验结果,分析了干湿循环效应对砂岩变形、强度、破坏特征等力学特性的影响规律,认为随着干湿循环次数的增加,弹性模量及峰值强度均有降低的趋势,降低幅度先大后小,而且会以某一具体值为临界值发展变化,就本次试验而言为干湿循环20次时的抗压强度和弹性模量值;砂岩的破坏特征亦会受到干湿循环试验次数的影响,干湿次数越少,脆性破坏越明显,反之则延性特征增强,即砂岩会呈现一种从脆性到延性转化的破坏规律。以应变和干湿试验次数为输入层,应力为输出层,构建了2-12-1的三层神经网络本构模型。通过样本的学习与检验,证明该模型能较好地描述干湿循环作用下砂岩的力学性能,验证了利用神经网络方法建立岩石本构模型的可行性与可靠性。基于预测结果,建立了完整的考虑干湿循环效应的砂岩力学特性变化规律的数学函数关系式。

关键词: 干湿循环, 力学特性, 砂岩, 本构模型, 神经网络

Abstract: Based on uniaxial compression test of sandstone under the different drying-wetting cycles, the laws of drying-wetting effect on mechanical behaviors of sandstone, such as deformation behavior, intensity behavior and failure characteristic, were analyzed. The results show that the elastic modulus and the peak strength of sandstone trend to decrease with the increase of drying-wetting cycles, and its reduction range is changed from large to small; moreover, the decrease of above data can not develop limitlessly but there is a constant value as critical value; in this test, the constant values of elastic modulus and the peak strength are experiment data of 20th drying-wetting cycles. The failure characteristic of sandstone is also affected by drying-wetting cycles, the less drying-wetting cycles are, the more obvious brittle damage is; that are, with the strengthen of drying-wetting effect, the damage law of sandstone present a transformation from brittleness to ductility. On the basis of these tests, taking the strain and drying-wetting cycles as input layer and the stress as output layer, the three layers neural network constitutive model, whose structure is 2-12-1, was proposed. Through the massive samples learned and inspected, the model can well describe the mechanical properties of sandstone under the cyclic drying-wetting effect, which also confirms that it is feasible and reliable for the neural network method to establish the rock constitutive model. At last, the intact function relations between the mechanical behavior and the cyclic drying-wetting effect were built.

Key words: drying-wetting cycle, mechanical behavior, sandstone, constitutive model, neural network

中图分类号: 

  • TU451
[1] 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.
[2] 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.
[3] 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.
[4] 程昊, 唐辉明, 吴琼, 雷国平. 一种考虑水力滞回效应的非饱和土弹塑性扩展 剑桥本构模型显式算法有限元实现[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 676-686.
[5] 杨福见, 胡大伟, 田振保, 周辉, 卢景景, 罗宇杰, 桂树强, . 高静水压力压实作用下疏松砂岩渗透 特性演化及其机制[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 67-77.
[6] 何鹏飞, 马巍, 穆彦虎, 黄永庭, 董建华, . 黄土−砂浆块界面剪切特性试验及本构模型研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 82-90.
[7] 刘波, 马永君, 盛海龙, 常雅儒, 于俊杰, 贾帅龙, . 白垩系红砂岩冻结融化后的力学性质试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 161-171.
[8] 谢辉辉, 许振浩, 刘清秉, 胡桂阳, . 干湿循环路径下弱膨胀土峰值及残余强度演化研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 245-252.
[9] 旷杜敏, 龙志林, 周益春, 闫超萍, 陈佳敏, . 基于BP神经网络的岩土胶结材料速率敏感 效应预测研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 390-399.
[10] 金爱兵, 刘佳伟, 赵怡晴, 王本鑫, 孙浩, 魏余栋, . 卸荷条件下花岗岩力学特性分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 459-467.
[11] 彭守建, 岳雨晴, 刘义鑫, 许江, . 不同成因结构面各向异性特征及其剪切力学特性[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3291-3299.
[12] 丁长栋, 张杨, 杨向同, 胡大伟, 周辉, 卢景景, . 致密砂岩高围压和高孔隙水压下渗透率 演化规律及微观机制[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3300-3308.
[13] 赵波, 张广清, 唐梅荣, 庄建满, 林灿坤, . 长期注水对致密砂岩油藏岩石力学 性质影响机制研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3344-3350.
[14] 雷江, 陈卫忠, 李翻翻, 于洪丹, 马永尚, 谢华东, 王富刚, . 引红济石引水隧洞围岩力学特性研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3435-3446.
[15] 王冲, 胡大伟, 任金明, 周辉, 卢景景, 刘传新, . 侵蚀性环境对地下结构渗透和力学特性影响研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3457-3464.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .
[2] 张文杰,陈云敏. 垃圾填埋场抽水试验及降水方案设计[J]. , 2010, 31(1): 211 -215 .
[3] 宫伟力,安里千,赵海燕,毛灵涛. 基于图像描述的煤岩裂隙CT图像多尺度特征[J]. , 2010, 31(2): 371 -376 .
[4] 高广运,赵元一,高 盟,杨成斌. 分层土中群桩水平动力阻抗的改进计算[J]. , 2010, 31(2): 509 -515 .
[5] 孙曦源,栾茂田,唐小微. 饱和软黏土地基中桶形基础水平承载力研究[J]. , 2010, 31(2): 667 -672 .
[6] 王明年,郭 军,罗禄森,喻 渝,杨建民,谭忠盛. 高速铁路大断面黄土隧道深浅埋分界深度研究[J]. , 2010, 31(4): 1157 -1162 .
[7] 雷明锋,彭立敏,施成华,安永林. 长大深基坑施工空间效应研究[J]. , 2010, 31(5): 1579 -1584 .
[8] 胡勇刚,罗 强,张 良,黄 晶,陈亚美. 基于离心模型试验的水泥土搅拌法加固斜坡软弱土地基变形特性分析[J]. , 2010, 31(7): 2207 -2213 .
[9] 谭峰屹,姜志全,李仲秋,颜惠和. 附加质量法在昆明新机场填料压实密度检测中的应用研究[J]. , 2010, 31(7): 2214 -2218 .
[10] 卢 黎,张四平,张永兴,胡岱文,吴曙光. 压力型锚索力学机理现场试验研究[J]. , 2010, 31(8): 2435 -2440 .