冻融砂岩,损伤,多尺度,物理机制,宏-细观结合 ," /> 冻融砂岩,损伤,多尺度,物理机制,宏-细观结合 ,"/>
岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (8): 2103-2114.doi: 10.16285/j.rsm.2021.1726
张慧梅,王云飞
ZHANG Hui-mei, WANG Yun-fei
摘要: 以红砂岩为研究对象,进行冻融循环、CT扫描及力学特性试验,采用图像处理技术结合遗传算法寻优模型实现了0、5、10、20、40 次冻融循环后 CT 扫描图像的去噪、增强、分割及三维重构处理,通过对同一对象跨尺度的损伤识别与对比研究,建立了基于细观损伤的弹性模量劣化预测公式,并从材料细观结构的物理本质诠释了冻融红砂岩宏观力学行为。结果表明:基于图像最大熵值的遗传算法能够快速精确地选取阈值进行图像分割,实现对岩石细观结构中基质和缺陷的识别;随着冻融次数增加,岩石孔隙率上升、孔隙分维下降,细观尺度上呈现出孔隙扩展、数量增多,但结构复杂程度下降的演化行为;传统方法以有效承载面积、弹性模量为度量基准定义的宏、细观损伤变量未能全面考虑损伤物理机制和材料内部结构信息,宏细观损伤演化曲线差异较大;基于2种物理机制定义细观损伤变量和考虑岩石天然损伤定义宏观损伤变量,实现了损伤的宏-细观结合。最后通过冻融循环过程中细观结构演化与宏观力学响应之间的关系,提出了弹性模量劣化预测公式,并分析冻融砂岩孔隙大小及孔隙结构形态变化在损伤过程中占据的不同主导作用,根据细观结构的物理机制解释宏观砂岩冻融破坏的力学机制。
中图分类号:
[1] | 侯永强, 尹升华, 杨世兴, 张敏哲, 刘洪斌, . 动态荷载下胶结充填体力学响应及能量 损伤演化过程研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 145-156. |
[2] | 杨科, 张寨男, 池小楼, 吕鑫, 魏祯, 刘文杰, . 循环载荷下含水砂岩裂纹演化与损伤特征试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(7): 1791-1802. |
[3] | 周福川, 唐红梅, 王林峰. 缓倾角塔柱状危岩压裂损伤-突变失稳预测[J]. 岩土力学, 2022, 43(5): 1341-1352. |
[4] | 范杰, 朱星, 胡桔维, 唐垚, 贺春蕾, . 基于3D-DIC的砂岩裂纹扩展及损伤监测试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 1009-1019. |
[5] | 刘云贺, 王琦, 宁致远, 孟霄, 董静, 杨迪雄, . 考虑损伤的平行黏结接触模型开发及 其参数影响分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(3): 615-624. |
[6] | 郑文红, 施天威, 潘一山, 罗浩, 吕祥锋, . 含水率对岩石电荷感应信号影响规律研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(3): 659-668. |
[7] | 许健, 武智鹏, 陈辉, . 干湿循环效应下玄武岩纤维加筋黄土 三轴剪切力学行为研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(1): 28-36. |
[8] | 张超, 杨楚卿, 白允. 岩石类脆性材料损伤演化分析及其模型方法研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(9): 2344-2354. |
[9] | 蒋浩鹏, 姜谙男, 杨秀荣. 基于Weibull分布的高温岩石统计损伤 本构模型及其验证[J]. 岩土力学, 2021, 42(7): 1894-1902. |
[10] | 贾蓬, 杨其要, 刘冬桥, 王述红, 赵永, . 高温花岗岩水冷却后物理力学特性及微观破裂特征[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1568-1578. |
[11] | 李欣慰, 姚直书, 黄献文, 刘之喜, 赵翔, 穆克汉, . 循环加卸载下砂岩变形破坏特征与能量演化研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1693-1704. |
[12] | 马秋峰, 刘志河, 秦跃平, 田静, 王树立, . 基于能量耗散理论的岩石塑性-损伤本构模型[J]. 岩土力学, 2021, 42(5): 1210-1220. |
[13] | 刘新荣, 许彬, 周小涵, 谢应坤, 何春梅, 黄俊辉, . 软弱层峰前循环剪切宏细观累积损伤机制研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(5): 1291-1303. |
[14] | 刘杰, 张瀚, 王瑞红, 王芳, 何卓文, . 冻融循环作用下砂岩层进式损伤劣化规律研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(5): 1381-1394. |
[15] | 赵奎, 冉珊瑚, 曾鹏, 杨道学, 腾天野, . 含水率对红砂岩特征应力及声发射特性的影响[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 899-908. |
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